CN117089761A

CN117089761A - 一种归一化成分的变强度双相钢板及其柔性制造方法

Info

Publication number: CN117089761A
Application number: CN202310624027.7A
Authority: CN
Inventors: 薛鹏; 朱晓东; 李伟
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2023-05-30
Filing date: 2023-05-30
Publication date: 2023-11-21

Abstract

一种归一化成分的变强度双相钢及其柔性制造方法，其化学成分质量百分比为：C：0.06％～0.08％，Si：0.4％～0.6％，Mn：2.4％～2.6％，Al：0.01％～0.05％，Ti：0.02～0.04％，B：0.0015～0.0025％，余量为Fe和不可避免杂质。所述变强度双相钢的显微组织包括体积分数30％以上马氏体，其余组织为铁素体、残余奥氏体、纳米析出物，成形性能良好。本发明采用归一化成分设计和柔性制造工艺，生产白车身需要的多个强度级别的钢种，可柔性化达到450～1310MPa级抗拉强度，成形性能良好，强塑积大于11000，扩孔率大于35％。

Description

一种归一化成分的变强度双相钢板及其柔性制造方法

技术领域

本发明涉及双相钢制造技术，尤其涉及一种归一化成分的变强度双相钢板及其柔性制造方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境问题的加剧，节能和安全成为了汽车制造业的主要发展方向。降低车重是节能和减少排放措施之一。超高强钢具有良好的机械性能和使用性能，适于汽车结构件的制造，广泛应用可以有效降低车重。近年来汽车用超高强钢需求不断增加。

汽车用超高强钢家族品种较多，双相钢具有良好的强度与塑性，但扩孔率(约为20～35％)远远低于传统汽车用软钢的扩孔率；贝氏体钢和复相钢的扩孔率虽高，但其延伸率却过低。因此，在不低于双相钢延伸率基础上，开发扩孔改善型产品，应具备广阔应用场景。

白色车身需要用到多种机械性能的高强钢，传统上需要采用不同成分设计及制造工艺。

中国专利CN103215516A公开一种高强度热轧Q&P钢及其制造方法，其化学成分含量为：C：0.15％～0.40％，Si：1.0％～2.0％，Mn：1.5％～3.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.3％～1.0％，N≤0.006％，Ti：0.005％～0.015％，其余为Fe；屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率>10％。该发明通过在普通C-Mn钢成分基础上，提高Si含量抑制渗碳体的析出，微Ti处理细化奥氏体晶粒，提高Al含量加快空冷过程的奥氏体转变动力学；同时采用热连轧工艺配合分段冷却工艺，获得含有先共析铁素体+马氏体+残余奥氏体组织；且合金成本大幅降低。

中国专利CN104451436A公开了一种贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板及制造方法。该钢板的化学组成按重量百分含量为：C：0.20-0.40；Mn：0.30-1.50；Si：0.80-1.20；Cr：0.60-1.00；Ni：0.20-0.60；Mo：0.20-0.40；Cu：0.20-0.50；B：0.0005-0.003；S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质元素。轧材可得到贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织，残余奥氏体体积分数5-15％，材料的屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于15％，硬度HB420-500，机加工性能及焊接性能满足设备制造要求；磨粒磨损耐磨性达到Hardox450的1.3倍以上，弱酸性环境工况下达到Hardox450的1.5倍以上。

中国专利CN102776438A公开了一种铌镧微合金化Mn-B系超高强度钢板及其热处理工艺，属于钢铁材料热处理技术领域。钢板的化学成分及含量(重量百分比)为：C0.14％-0.35％，Mn 1.5％-2.0％，Si 0.6％-1.0％，P≤0.015％，S≤0.002％，Nb 0.01％-0.06％，B 0.0005％-0.0040％，La0.001％-0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。热处理工艺制度为：奥氏体化温度880-940℃，保温时间0.5-5小时后水淬；回火温度190-250℃，保温时间1-15小时。由此热处理工艺生产的钢板具有优良的力学性能，抗拉强度达到1200-1400MPa，屈服强度1000-1300MPa，延伸率6-15％，具有生产成本低，可工业化生产5-25mm厚度规格钢板的特点。

中国专利CN102321841A公开了一种抗拉强度达到1300MPa的履带板用钢，化学组分按重量百分比为C：0.20～0.30％、Mn：0.80～1.40％、Si：0.15～0.35％、P：0～0.015％、S：0～0.016％、Cr：0～0.30％、Ni：0～0.25％、Cu：0～0.30％、Ti：0.01～0.02％、Al：0.02～0.06％，B：0.0005～0.0035％、其余为Fe和不可避免的杂质元素。该履带板用钢抗拉强度达到1340MPa以上、断后伸长率低于12％；型钢的“U”型缺口冲击吸收功大于72J，强度高，淬火裂纹和内部裂纹少，使用寿命长。

从上述专利可以看出，现有高强钢均为一种成分设计方案及相应的单一制造工艺的设计。

中国专利CN103215516A、中国专利CN104451436A所述的技术方案为通过高Si、Al的添加获得足量残余奥氏体，通过残余奥氏体的TRIP效应获得高延伸率，未考虑扩孔性能。

中国专利CN102776438A、中国专利CN102321841A所述的超高强度钢分别通过铌、镧、镍、镉、铜等微合金的添加获得良好的机械性能，而且所述及性能无法达到高延伸、高扩孔性能指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种归一化成分的变强度双相钢板及其柔性制造方法，采用单一化学成分生产白车身需要的多个强度级别的钢种，可柔性化达到450-1310MPa级抗拉强度，成形性能良好，强塑积大于11000，扩孔率大于35％；所述双相钢的显微组织包括铁素体+马氏体+残余奥氏体+纳米析出物，其中，马氏体占30％以上体积分数，足量的残余奥氏体(大于3％)+足量纳米析出物(尺寸小于50nm纳米析出物所占总析出物质量分数比例大于8％)。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种归一化成分的变强度双相钢，其化学成分质量百分比为：C：0.06～0.08％，Si：0.4～0.6％，Mn：2.4～2.6％，Al：0.01～0.05％，Ti：0.02～0.04％，B：0.0015～0.0025％，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.005％，余量包含Fe和不可避免杂质；

本发明所述双相钢的显微组织包括铁素体+马氏体+残余奥氏体+纳米析出物ε碳化物，其中，马氏体占30％以上体积分数；

本发明所述双相钢的抗拉强度为450～1310MPa，强塑积大于11000，扩孔率大于35％。

进一步，余量为Fe和不可避免杂质。

在本发明所述变强度双相钢的成分设计中：

C：C元素的添加起到提高钢的强度，保证马氏体相变发生。本发明控制C的含量在0.06％～0.08，这是因为：当C的质量百分比低于0.06％，无法保证退火过程中产生足够的和马氏体，则钢板的强度受到影响。当C的质量百分比高于0.08％，则会在连铸过程中产生包晶反应，非常不适用于高拉速的连铸生产。

Si：起到固溶强化作用，Si能提高马氏体的抗回火性能，可以抑制Fe3C的析出和长大，特别是在回火温度较高时，可以形成ε碳化物，抑制Fe3C析出。但对钢板表面不利。Si的控制范围是0.4～0.6％，如果低于0.4％，不利于抑制回火时Fe3C的析出和长大，如果高于0.6％，容易影响表面质量。

Mn：添加Mn元素有利于钢的淬透性提高，有效提高钢板的强度。而本发明控制Mn的含量在2.4～2.6％，是因为：由于本发明热轧保温罩退火会产生大量碳化物造成基体组织碳当量不足，当Mn的质量百分比低于2.4％时，碳当量不足导致淬透性不足，退火过程中无法产生足量的马氏体，则钢板的强度不足；当Mn的质量百分比高于2.6％时，碳当量显著提高，对焊接性能和抗延迟开裂性能有负面影响。因此，本发明中控制Mn的含量为2.4～2.6％。

Al：添加Al起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，因此，本发明控制Al的含量为0.01～0.05％。

Ti：添加0.02～0.04％的Ti，是因为：Ti是析出物的主要化合元素，同时Ti在高温下也显示出一种强烈的抑制奥氏体晶粒长大从而细化晶粒的效果。但在低碳钢中Nb、Ti等碳氮化物生成元素太多会影响后续的相变，所以合金元素含量需要控制上限。

B：硼是能显著提高淬透性的元素，添加硼能促进马氏体生成，保证马氏体钢强度。但在晶界缺陷被填完以后，若加入更多的硼，由于晶界的“硼相"沉淀，使塑性下降。本发明中添加0.0015～0.0025％的B，低于0.0015％的B，作用不够，高于0.0025％对钢的塑形不利。

在本发明所述的技术方案中，杂质元素包括P、N、S，杂质含量控制得越低，实施效果越好，P的含量控制在P≤0.015％；S形成的MnS严重影响成形性能，因而S的含量控制在S≤0.003％；由于N容易导致板坯表面产生裂纹或气泡，因而，本发明控制N含量≤0.005％。

本发明所述的归一化成分的变强度双相钢的柔性化制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼，铸造成坯；

2)热轧

双相钢的抗拉强度为450～590MPa时，铸坯加热至1100～1250℃，保温0.5小时以上；控制终轧温度在860～900℃，卷取温度为231～260℃；

双相钢的抗拉强度为591～980MPa时，铸坯加热至1100～1250℃，保温0.5小时以上；控制终轧温度在860～900℃，卷取温度为201～230℃；

双相钢的抗拉强度为981～1310MPa时，铸坯加热至1100～1250℃，保温0.5小时以上；控制终轧温度在860～900℃，卷取温度为160～200℃；

3)热卷保温罩退火

双相钢的抗拉强度为450～590MPa时，卷取后采用保温罩退火，退火时间为0.5～2小时，保温罩利用钢卷内热，每小时温降速度小于6℃/s；

双相钢的抗拉强度为591～980MPa时，卷取后采用保温罩退火，退火时间为2.1～4小时，保温罩利用钢卷内热，每小时温降速度小于6℃/s；

双相钢的抗拉强度为981～1310MPa时，卷取后采用保温罩退火，退火时间为4.1～6小时，保温罩利用钢卷内热，每小时温降速度小于6℃/s；

4)冷轧，控制冷轧压下率为0～50％；

5)连续退火

双相钢的抗拉强度为450～590MPa时，退火温度为760～820℃，保温时间50～100s；然后以3～10℃/s的速度冷却到快冷开始温度，快冷开始温度为660～760℃，然后再以50～150℃/s的速度冷却到室温；

双相钢的抗拉强度为591～980MPa时，退火温度为760～820℃，保温时间50～100s；然后以3～10℃/s的速度冷却到快冷开始温度，快冷开始温度为660～760℃，然后再以151～350℃/s的速度冷却到室温；

双相钢的抗拉强度为981～1310MPa时，退火温度为760～820℃，保温时间50～100s；然后以3～10℃/s的速度冷却到快冷开始温度，快冷开始温度为660～760℃，然后再以351～600℃/s的速度冷却到室温；

6)回火

双相钢的抗拉强度为450～590MPa时，回火温度为160～260℃，回火时间为0.5～3h；

双相钢的抗拉强度为591～980MPa时，回火温度为160～260℃，回火时间为2～6h；

双相钢的抗拉强度为981～1310MPa时，回火温度为160～260℃，回火时间为2～4h；

7)平整，采用0～0.3％的平整率。

优选的，步骤1)铸造采用薄板坯连铸工艺。

在本发明所述的制造方法中：

本发明采用柔性化制造工艺，针对不同强度的双相钢的不同成分设计，调整不同工艺控制，以获得所需要的机械性能。

本发明针对不同强度的柔性工艺主要变化如下：

热轧卷取温度参数调整：针对强度较高钢种，需要更低的热轧卷取温度，暨保温罩退火保温温度。为了析出物不长大，起到更好的析出强化作用。

保温罩退火参数调整：针对强度更高钢种，为了获得更多的析出物，需要更长的保温时间。

连续退火参数调整：针对强度更高钢种，为了获得高的强度，需要更快的冷却速度。柔性化控制的不同冷却速度可以控制获取马氏体的量，使产品最终获得不同的强度级别。

回火保温时间参数调整：回火过程中，针对强度更高钢种，为了获得更多的残余奥氏体和纳米析出物，需要更长的保温时间，但过长的保温时间会降低连退成品的强度。所以对于不同强度范围，需要给出合理的保温时间工艺区间，既能保证强度，又能保证足量残余奥氏体和纳米析出物。

柔性化控制保温罩退火工艺参数，退火工艺参数，回火工艺参数。可以控制获取残余奥氏体和细小弥散析出物的量和尺寸，保证残余奥氏体大于3％，保证最终组织中尺寸小于50nm纳米析出物所占总析出物质量分数比例大于8％，配合产品获得不同的强度级别和综合性能，所述双相钢的抗拉强度为450～1310MPa，强塑积大于11000，扩孔率大于35％。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用归一成分设计，结合柔性化制造技术，设置不同的热卷保温罩退火、保温罩退火、连续退火和回火工艺以得到450～1310MPa级抗拉强度双相钢。

许多具有不同成分和机械性能的高性能钢的开发应用使白色车身安全轻便。然而，这种多钢方案创造了大量挑战，包括异种钢的电阻点焊、工艺优化和回收。本发明采用单一化学成分生产白车身需要的多个强度级别的钢种，解决了这一问题。

热卷卷取后迅速采用保温罩退火，结合成分和工艺的合理设计，在较低温度长时间保温退火生成细小弥散分布的ε碳化物；然后再通过合理的工艺设计使细小弥散的ε碳化物遗传到最终连续退火成品中。退火成品中的细小弥散析出物提高整体强度、降低各相间的强度差、降低晶界和晶内的强度差、变形过程中强化晶界，从而起到提高强度和扩孔率的双重作用。柔性化的热卷卷取温度和保温时间可以控制获取细小弥散析出物的量和尺寸，保证所获得的尺寸小于50nm纳米析出物所占总析出物质量分数比例大于5％，配合产品获得不同的强度级别和综合性能。

本发明另一特点是采用非连续式超低温长时间回火，目的是再次生成细小弥散分布的ε碳化物，且使马氏体组织不会因过分回火而降低强度，同时可以使未转变的奥氏体富碳，以便冷却后获得最终足量的残余奥氏体(大于3％)+足量纳米析出物(保证最终组织中尺寸小于50nm纳米析出物所占总析出物质量分数比例大于8％)。对强度和延伸率都有极大贡献。柔性化的回火温度和回火时间可以控制获取细小弥散析出物的量和尺寸，配合产品获得不同的强度级别和综合性能。

相较现有技术，中国专利CN103215516A、中国专利CN104451436A所述的技术方案为通过高Si、Al的添加获得足量残余奥氏体，通过残余奥氏体的TRIP效应获得高延伸率，未考虑扩孔性能，与本发明思路不同。

中国专利CN102776438A、中国专利CN102321841A所述的超高强度钢分别通过铌、镧、镍、镉、铜等微合金的添加获得良好的机械性能，而且所述及性能无法达到本发明所覆盖高延伸、高扩孔性能指标。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

本发明钢实施例的成分参见表1，其成分余量为Fe和不可避免杂质。表2列出了本发明实施例钢板的制造工艺参数。表3列出了本发明实施例钢板的相关性能参数。

各柔性工艺如下：

柔性工艺1：双相钢的抗拉强度为450～590MPa时，热轧卷取温度为231～260℃；保温罩退火时间为0.5～2小时；连续退火以50～150℃/s的速度冷却到室温；回火时间为0.5～3h；

柔性工艺2：双相钢的抗拉强度为591～980MPa时，热轧卷取温度为201～230℃；保温罩退火时间为2.1～4小时；连续退火以151～350℃/s的速度冷却到室温；回火时间为2～6h；

柔性工艺3：双相钢的抗拉强度为981～1310MPa时，热轧卷取温度为160～200℃；保温罩退火时间为4.1～6小时；连续退火以351～600℃/s的速度冷却到室温；回火时间为2～6h；

从表3可以看出，本发明采用同一成分设计，结合柔性制造方法，通过调整连续退火和回火工艺等参数可以得到450-1310MPa级抗拉强度马氏体钢，产品钢板的成形性能和抗延迟开裂性能良好，强塑积大于11000，扩孔率大于35％。

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Claims

1.一种归一化成分的变强度双相钢，其化学成分质量百分比为：C：0.06～0.08％，Si：0.4～0.6％，Mn：2.4～2.6％，Al：0.01～0.05％，Ti：0.02～0.04％，B：0.0015～0.0025％，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.005％，余量包含Fe和其它不可避免杂质；

所述双相钢的显微组织包括铁素体+马氏体+残余奥氏体+纳米析出物，其中，马氏体占30％以上体积分数，残余奥氏体大于3％体积分数，尺寸小于50nm纳米析出物所占总析出物质量分数比例大于8％；

所述双相钢的抗拉强度为450～1310MPa，强塑积大于11000，扩孔率大于35％。

2.如权利要求1所述的归一化成分的变强度双相钢，其特征在于，余量为Fe和其它不可避免杂质。

3.如权利要求1或2所述的归一化成分的变强度双相钢，其特征在于，所述纳米析出物为ε碳化物。

4.如权利要求1或2或3所述的归一化成分的变强度双相钢的柔性化制造方法，其特征是，包括如下步骤：