CN116065103A - 一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板 - Google Patents

一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，主要解决现有屈服强度550MPa级热轧酸洗钢板的扩孔率＜80％、生产成本高的技术问题。技术方案为，一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.04％～0.10％，Si≤0.10％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.005％，Al：0.01％～0.05％，N≤0.006％，Ti：0.05％～0.10％，Nb：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；1.8～5.0mm厚热轧酸洗钢板扩孔性能λ为80％～90％。本发明热轧酸洗钢板用于汽车结构件制作。

Description

一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板
技术领域
本发明涉及一种热轧酸洗钢板，特别涉及一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板及其制造方法，具体而言，涉及低成本屈服强度550MPa级、扩孔率λ为80％～90％高扩孔酸洗钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
酸洗汽车钢板以优良的表面质量及成形性能广泛应用于汽车底盘及各类车身结构件，随着汽车轻量化的发展，钢板高强减薄已成为最重要的技术手段，同时，越来越多的零部件通过采用翻边和局部扩孔等形状设计提高零件的强度和刚性。但另一方面，强度上升和厚度下降都导致了零件对于材料的可加工性提出了更高的要求，尤其是扩孔性能。
钢板的扩孔性能与钢板的强度、组织构成及均匀性有关，目前扩孔率大于80％以上的高扩孔钢的生产工艺一般分为两种：一种是热轧后采用两段或三段式冷却工艺，通过快速冷却到一定温度，空冷数秒，再冷却到卷取温度以得到不同比例的铁素体+贝氏体组织实现扩孔率的提升，该种工艺最大的问题是热轧工艺尤其是冷却工艺复杂，难以精确控制，不利于在连铸连轧生产线上获得性能稳定的钢板。另一种是采用一段式常规层流冷却方式，以铁素体+纳米析出相或者铁素体+贝氏体组织为主，通过控制铁素体晶粒形态、尺寸及析出物的尺寸实现扩孔性的提升。该种生产方法的关键是采用不同的成分设计及相应的轧后冷却控制，一方面实现扩孔率的提升，一方面兼顾强度的保证。但通常，随着钢板强度的上升，扩孔率都会随之下降。
申请公布号CN103602890A的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度540MPa级高扩孔钢板及其制造方法，采用C：0.02～0.1％、Si：0.1～1.2％、Mn：1.5～2.20％、Nb：0.005～0.05％为主要成分生产抗拉强度540、590MPa以上的酸洗扩孔钢，钢板强度与扩孔率乘积Ts×λ≥48000MPa％。申请公布号CN103602895A的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法，采用C：0.02～0.1％、Si：0.5～1.5％、Mn：1.5～2.2％、Nb：0.02～0.06％、Ti：0.05～0.15％的成分生产厚度为2.0-5.0mm，抗拉强度≥780MPa，扩孔率λ≥50％的高强度高扩孔酸洗钢板。申请公布号CN103667880A的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度440MPa级高扩孔钢板及其制造方法，采用C：0.05～0.1％、Si：0.1～0.6％、Mn：0.9～1.8％为主要成分生产抗拉强度440MPa，钢板强度与扩孔率乘积Ts×λ≥44000MPa％的低强度高扩孔热轧钢板。这三种方法均采用高Si设计，氧化铁皮难酸洗，对于表面质量要求较高的酸洗板而言很难满足要求。
申请公布号CN105154769A的中国专利申请文件公开了一种780MPa级热轧高强度高扩孔钢及其制造方法和申请公布号CN106119699A的中国专利申请文件公开了一种590MPa级热轧高强度高扩孔钢及其制造方法分别公开了热轧工艺要求800-900℃终轧后以≥100℃/s的冷速将钢板水冷至600-700℃卷取的生产方式，这种轧后采用急冷方式降温至卷取温度的方法对冷却能力要求较高，生产不易实现。
申请公布号CN101353757A的中国专利申请文件公开了抗拉强度440MPa级热轧高扩孔钢板及其制造方法，采用C:0.01～0.06％、Si:0～0.6％、Mn:0.8～1.3％、Nb:0～0.25％为主要成分生产抗拉强度440MPa，扩孔率λ100-110％的低强度高扩孔热轧钢板。申请公布号CN105506476A的中国专利申请文件公开了汽车底盘用600MPa级高扩孔钢板及其制造方法，采用C：0.04％～0.10％、Si<0.70％、Mn：1.0％～-1.6％、Nb：0.01％～0.05％为主要成分生产其抗拉强度＞600MPa，屈服强度＞440MPa，延伸率＞25％，扩孔率＞80％的低强度高扩孔热轧钢板。上述两方法中Si都没有下限要求，而实际上Si是重要的强化元素，成分范围对强度有重要影响，对酸洗钢板来说，还对表面质量有重要影响，因此，上述方法生产的钢板一方面无法稳定达到高强度要求，另一方面也无法满足酸洗板表面要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度550MPa级热轧酸洗钢板的扩孔率＜80％、生产成本高的技术问题。
本发明的技术书思路是，通过钢的成分、热轧工艺的匹配，一方面通过铁素体、珠光体组织比例的控制实现高扩孔率，另一方面通过二相粒子的复合析出强化，实现钢板目标强度；同时，通过酸洗拉矫率控制，可以较好地避免屈服强度损失，实现酸洗钢板的高强高扩孔性能；采用轧后一段式冷却工艺，可大幅降低二段或三段式冷却存在的生产控制难度大、产品性能不稳定的问题。
本发明采用的技术方案是，一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.04％～0.10％，Si≤0.10％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.005％，Al：0.01％～0.05％，N≤0.006％，Ti：0.05％～0.10％，Nb：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为4％～6％，铁素体的晶粒度为11.0～12.0级；1.8～5.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度ReH为550～600MPa，抗拉强度Rm为600～760MPa，断后伸长率A50 mm为20％～30％，扩孔性能λ为80％～90％。
本发明热轧酸洗钢板用于汽车结构件制作。
本发明所述的低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
C：钢中的主要强化元素，在本申请中可与Nb、Ti形成碳化物强化相以保证钢板的强度，C太低强度达不到要求，C含量过高使析出碳化物颗粒粗大也不利于钢板扩孔性能。结合强度与扩孔率要求，本申请C含量设定为0.04％～0.10％。
Si：钢中硅起固溶强化作用，但由于硅易在钢板表面偏聚形成Fe2SiO4，在加热过程中形成熔融状态后侵入氧化铁皮与钢基体中使除鳞不干净，并在后续轧制时生成条状的红铁皮，极难在酸洗中消除。因此，对于酸洗钢板，要严格控制Si含量，本申请Si≤0.10％。
Mn：锰是固溶强化元素，但锰含量过高容易造成板坯成分偏析，影响热轧板的组织均匀性，对钢板的扩孔率不利。本申请Mn含量设定为0.8％～1.5％。
S、P：是钢中的杂质元素，含量应越低越好，同时，S在钢中易形成MnS，钢中硫化物数量和形态直接影响钢板的扩孔率，考虑到经济性和可实现性，本申请S≤0.005％,P≤0.020％。
Al：是强氧化性形成元素，可有效减少钢中的氧化物夹杂、纯净钢质，有利于提高钢板的成形性能。但Al2O3颗粒较大，量多时在连铸浇注时容易堵塞浇注水口。因此，本发明限定Al含量为0.01％～0.05％。
Ti：是本发明的主要强化合金元素，其合金价格比铌合金低，通过添加部分Ti，易与钢中C、N、O、S形成化合物，其中，形成的TiC非常稳定，有阻止晶粒粗化的作用。但由于TiN颗粒尺寸较大有引发裂纹降低扩孔率的风险，因此，Ti含量需有效控制。本发明限定Ti含量为0.05％～0.10％。
Nb：是重要的强化元素，高温加热时铌与碳、氮结合形成的碳氮化物尺寸更加细小，可延迟再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，在轧制时形变诱导析出第二相抑制形变奥氏体再结晶，在轧制结束后的冷却中或卷取后以碳化物的形式微细析出起到良好的沉淀强化作用。考虑Nb合金价格较高，本发明限定Nb含量为0.01％～0.02％，与Ti一起复合析出起到强化作用。
N：是夹杂元素，氮在高温条件下易与钛反应形成TiN颗粒析出，过大氮化钛颗粒会成为钢板局部变形微裂纹的诱发点，影响扩孔率，因此必须对钢水的氮含量进行控制，设定氮含量小于0.006％。
上述低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.04％～0.10％，Si≤0.10％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.005％，Al：0.01％～0.05％，N≤0.006％，Ti：0.05％～0.10％，Nb：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸板坯于1220～1260℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1080～1120℃，粗轧后控制中间坯厚度为38～42mm；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为820～860℃，精轧后，控制钢板厚度为1.8～5.0mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为460～500℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0.10％～0.40％。
本发明采取的生产工艺的理由如下：
1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
随着加热温度升高和保温时间延长，第二相元素逐渐固溶，板坯成分均匀，本申请由于采用Nb、Ti复合添加，Nb的固溶温度进一步升高，因此，需保证一定的加热温度下限。另外，充分的第二相固溶还可保证在随后的卷取冷却过程中二相粒子充分析出，保证析出强化作用。同时，坯加热温度也不可过高，否则二相粒子对奥氏体晶界的钉扎作用下降，奥氏体晶粒尺寸过大，不利于强度保证。加热时间也不易过长，否则板坯表面氧化严重，不利于钢板表面质量。因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1220～1260℃，加热时间180～240min。
2、精轧结束温度的设定
精轧结束温度设定主要是为了保证整个板坯充分在奥氏体区轧制，避免轧制末期两相区轧制带来混晶不利于扩孔率。但该温度也不能设置过高，否则相变铁素体晶粒过大，不利于强度的保证。因此，本发明设定精轧结束温度为820～860℃。
3、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定
卷取温度及冷却速度的设定主要为了控制铁素体晶粒尺寸、Nb\Ti二相粒子析出数量及珠光体析出形态及比例。一般而言，单相铁素体组织具有更高的延伸率及扩孔率，但相对强度较低，同时，在卷取冷却过程中，不可避免的会产生第二相。因此，如何控制第二相组织、形态及比率就成为高强高扩孔钢需要解决的关键问题。本申请中轧后采用前段冷却工艺将热轧卷以适中的速度冷却，一方面使铁素体相变较为充分得到以大块铁素体为基本组织的微观结构，晶粒尺寸5-10μm，同时Nb\Ti二相粒子析出保证热轧卷强度。设定的卷取温度较低避免贝氏体形成，同时控制珠光体占比为4％～6％，保证扩孔率要求。因此，本发明设定精轧后层流冷却采用前段冷却，卷取温度为460～500℃。
4、拉矫延伸率的设定
通常，酸洗拉矫率的设定一般主要为了破碎氧化铁皮以利于酸洗，常规1-2％，但同时，拉矫率，尤其是2％以内的拉矫率会对钢板的应力应变曲线形态产生一定影响，直接影响钢板的上、下屈服点及屈服强度。对于本申请，经试验研究发现，拉矫率在0.1-0.4％以内时，钢板的屈服点不会发生明显降低，相比1％以上的拉矫率，热轧钢板屈服强度降低量减少10-30MPa，可有效保证高屈服、高扩孔的性能要求。因此，本发明设定钢板通过连续式酸洗机组时的拉矫延伸率为0.1-0.4％。
本发明方法生产的热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为4％～6％，铁素体的晶粒度为11.0～12.0级；1.8～5.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度ReH为550～600MPa，抗拉强度Rm为600～760MPa，断后伸长率A50mm为20％～30％，扩孔性能λ为80％～90％。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明采用热轧精轧后一段式冷却工艺，可大幅降低二段或三段式冷却存在的生产控制难度大、产品性能不稳定的问题，降低了生产成本。2、本发明通过合金成分及热轧工艺的合理设置以实现二相粒子的复合析出，以较低的成本达到目标强度要求。3、本发明通过金相组织中铁素体及珠光体尺寸及组织比例的控制实现扩孔率稳定达到80-90％。4、本发明通过酸洗拉矫延伸率的合理设定，可以较好地避免屈服强度损失，实现酸洗钢板的高强高扩孔性能。
附图说明
图1为本发明实施例3热轧酸洗钢板的金相组织图。
图2为本发明实施例3热轧酸洗钢板的金相组织扫描电子显微(SEM)照片
具体实施方式
下面结合实施例1-5，对本发明做进一步说明，如表1-3所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0003332560290000051
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调，钢水经全程吹Ar保护连续浇铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制。通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采用前段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为1.8～5.0mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0003332560290000061
将上述热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0.10％～0.40％。本发明实施例采用的拉矫延伸率见表3。
表3本发明实施例拉矫延伸率
热轧参数 热轧酸洗钢板厚度/mm 拉矫延伸率/％
本发明 1.8-5.0 0.10-0.40
实施例1 1.8 0.35
实施例2 3.5 0.28
实施例3 5.0 0.40
实施例4 2.0 0.18
实施例5 3.0 0.10
利用上述方法得到的热轧酸洗钢板，参见图1、图2，热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为4％～6％，铁素体的晶粒度为11.0～12.0级；1.8～5.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度ReH为550～600MPa，抗拉强度Rm为600～760MPa，断后伸长率A50mm为20％～30％，扩孔性能λ为80％～90％。
将本发明得到的热轧酸洗钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照《GB/T 24524-2009金属材料薄板和薄带扩孔试验方法》进行扩孔试验，其力学性能见表4。
表4本发明实施例热轧酸洗钢板的力学性能
Figure BDA0003332560290000062
表4中，检测热轧酸洗钢板的断后延伸率，当热轧酸洗钢板厚度<3mm时，标距采用50mm；当热轧酸洗钢板厚度≥3mm时，采用
Figure BDA0003332560290000071
S0为横截面积。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.04％～0.10％，Si≤0.10％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.005％，Al：0.01％～0.05％，N≤0.006％，Ti：0.05％～0.10％，Nb：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；1.8～5.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度ReH为550～600MPa，抗拉强度Rm为600～760MPa，断后伸长率A50mm为20％～30％，扩孔性能λ为80％～90％。
2.如权利要求1所述的低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其特征是，所述热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为4％～6％，铁素体的晶粒度为11.0～12.0级。
3.一种低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.04％～0.10％，Si≤0.10％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.020％，S≤0.005％，Al：0.01％～0.05％，N≤0.006％，Ti：0.05％～0.10％，Nb：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸板坯于1220～1260℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1080～1120℃，粗轧后控制中间坯厚度为38～42mm；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为820～860℃，精轧后，控制钢板厚度为1.8～5.0mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为460～500℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0.10％～0.40％。
4.如权利要求3所述的低成本屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，其特征是，热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为4％～6％，铁素体的晶粒度为11.0～12.0级；热轧酸洗钢板的屈服强度ReH为550～600MPa，抗拉强度Rm为600～760MPa，断后伸长率A50mm为20％～30％，扩孔性能λ为80％～90％。
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