CN117660829A - 一种60公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法 - Google Patents

一种60公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其含有Fe及不可避免的杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.08％～0.1％，Si：0.1％～0.2％，Mn：1.2％～1.4％，Al：0.01％～0.02％，B：0.0020～0.0030％；其化学元素不含有Mo和Cr；所述60公斤级冷轧低合金退火双相钢的微观组织为马氏体+铁素体。相应地，本发明还公开了上述60公斤级冷轧低合金退火双相钢的制造方法。本发明通过合理的化学成分设计并结合优化工艺所获得的这种60公斤级冷轧低合金退火双相钢兼具有低成本和力学性能优异的特点，其具有良好的推广前景和应用价值。

Description

一种60公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料其制造方法，尤其涉及一种双相钢及其制造方法。
背景技术
近年来，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，其中降低车重便是节能和减少排放措施之一。在实际应用过程中，由于高强度双相钢具有良好的机械性能和使用性能，其可以有效适用于车辆结构件的生产制造。
当前，随着高强钢的发展以及目前市场的变化，市场和用户普遍期望高强钢具有经济型以及更优的性能。而随着汽车行业减重节能的趋势不断发展，国内外特别是国内钢厂水平的迅速进步，未来双相钢的发展，必然是以低成本和高性能综合为主。
在当前现有技术中，针对高强度双相钢，当前研究人员已经进行了大量的研究，并已经取得了一定的研究成果。
例如：公开号为CN109112433A，公开日为2019年1月1日，名称为“无表面条纹缺陷590MPa级冷轧双相钢及生产方法”的中国专利文献，公开了一种无表面条纹缺陷590MPa级冷轧双相钢，其成分按重量百分比计如下：C：0.050％～0.100％、Si≤0.25％、Mn：1.20％～2.00％、P≤0.012％、S≤0.008％、Al：0.05％～0.10％、Sb：0.015～0.050％，余量为Fe和其它一些不可避免的杂质；该技术方案所采用的生产方法包括：冶炼、连铸、热装加热、高压水除鳞及粗轧、精轧、层流冷却、卷取、热轧板酸洗冷连轧、连续退火、风冷、平整卷取。采用该技术方案所生产的590MPa级冷轧双相钢表面光亮，无条纹缺陷，并具有良好的耐蚀性能和涂层附着力，钢板的力学性能优良。但研究发现，该技术方案在化学成分设计时，钢中添加有Sb元素且Mn含量较高。
再例如：公开号为CN109943778A，公开日为2019年6月28日，名称为“一种扩孔性能优异的590MPa级冷轧双相钢及其生产方法”的中国专利文献，公开了一种扩孔性能优异的590MPa级冷轧双相钢及其生产方法，其化学成分为：C：0.06～0.09％、Si+Mn：1.4～2.1％、Nb：0.01～0.02％、Al：0.03～0.06％、P≤0.020％、S≤0.010％、N：≤0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢的主要问题是Mn含量较高，同时还有贵合金Nb，其合金成本较高。
又例如：公开号为CN103088258A，公开日为2013年5月8日，名称为“一种590MPa级双相钢及其生产方法”的中国专利文献，公开了一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比为：C≤0.20％，Si≤1.80％，Mn≤2.00％，P≤0.050％，S≤0.015％，Nb≤0.10％，Ti≤0.10％；该技术方案所采用的生产方法包括：铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-LF-连铸-热连轧，其热连轧工艺为：加热温度为1150～1250℃，终轧温度为800～900℃，轧后快速冷却至650～750℃，空冷6～11秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为400～500℃。该技术方案通过合适的成分和工艺控制，能够实现铁素体贝氏体两相的精确控制和配比，其可以有效减少材料中软硬两相强度差及消除软硬两相界面，所制备的产品具有优异的强度以及良好的塑韧性匹配，其延伸翻边性能好。然而，该技术方案所设计的钢材碳当量较高，其Si、Mn合金含量较高，不利于焊接以及表面质量，且不具备性能均衡的特点。
由此可见，现有设计590Mpa双相钢的专利技术，有的虽然涉及较好的成型性能，但这些技术方案要么采用了高C含量和高Si含量，要么含有较多的Cr、Mn等合金含量，其不仅不利于钢的焊接性、表面质量和磷化性能，还会导致成本升高。
因此，为了满足当前市场需求，本发明期望开发出一种新的兼具低成本以及优异力学性能特点的60公斤级冷轧低合金退火双相钢。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种新的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，该60公斤级冷轧低合金退火双相钢通过合理的化学成分设计，可以在确保低成本的同时，获得优异的力学性能，其屈服强度≥340MPa，抗拉强度≥600MPa，A50标距断裂延伸率≥25％，具有高强度和延伸率优异的特点，有着十分良好的推广前景和应用价值。
为了实现上述目的，本发明提供一种60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其含有Fe及不可避免的杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.08％～0.1％，Si：0.1％～0.2％，Mn：1.2％～1.4％，Al：0.01％～0.02％，B：0.0020～0.0030％；
其化学元素不含有Mo和Cr；
所述60公斤级冷轧低合金退火双相钢的微观组织为马氏体+铁素体。
进一步地，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其各化学元素质量百分含量为：
C：0.08％～0.1％，Si：0.1％～0.2％，Mn：1.2％～1.4％，Al：0.01％～0.02％，B：0.0020～0.0030％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明中，在进行双相钢的化学成分设计时，发明人采用的是以C-Si-Mn为主的成分体系，其同时添加微量高淬透性元素B以进一步降低Mn含量。本发明通过上述合适的成分设计，能够在不添加Mo、Cr等贵重合金元素的情况下，获得兼具低成本和优异力学性能的60公斤级强度的双相钢。
本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，各化学元素的设计原理具体如下所述：
C：在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，C元素的添加可以提高钢材的强度，提高钢中马氏体的硬度。若钢中C的含量低于0.08％，则钢板的强度受到影响，并且不利于奥氏体的形成量和稳定性；而当钢中C的含量高于0.1％，则会造成马氏体硬度过高，晶粒尺寸粗大，不利于钢板的成型性能，同时碳当量过高，不利于钢材的焊接使用。由此，为了确保钢材的性能，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，具体将C元素的质量百分含量控制在0.08％～0.1％之间。
Si：在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，钢中添加Si元素可以提高钢材的淬透性，并且钢中固溶的Si可以影响位错的交互作用，从而增加加工硬化率，其可以适当提高双相钢的延伸率，有益于获得较好的成型性。但需要注意的是，钢中Si元素含量同样也不宜过高，当钢中Si元素含量过高时，会不利于钢板表面质量的控制。因此，为了发挥Si元素的有益效果，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将Si元素的质量百分含量控制在0.1％～0.2％之间。
Mn：在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，添加Mn元素不仅有利于提高钢材的淬透性，其还可以有效提高钢板的强度。当钢中Mn元素的含量低于1.2％时，则钢板的强度不足；而当钢中Mn元素含量过高，Mn含量高于1.4％时，则钢板的强度过高，会使得其成型性能下降。基于此，考虑到Mn元素的有益效果，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将Mn元素的质量百分含量控制在1.2％～1.4％之间。
Al：在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，钢中添加的Al元素可以起到脱氧作用和细化晶粒的作用。另一方面，钢中Al元素的含量越低，则越有利于冶炼的可浇性。为此，为了发挥Al元素的有益效果，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将Al元素的质量百分含量控制在0.01％～0.02％之间。
B：在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，添加B元素有利于提高钢材的淬透性，其还可以有效提高钢板的强度。当钢中B元素的含量低于0.0020％时，则钢板的强度不足；而当钢中B的含量高于0.0030％时，则钢板的强度过高，会使得其成型性能下降。因此，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将B元素的质量百分含量控制在0.0020％～0.0030％之间。
本发明通过上述双相钢的化学成分设计，无需添加Mo、Cr等贵重合金元素，从而可确保经济性。但需要注意的是，在化学成分设计时，需要保证足够的C、Mn、B的合金添加量，以给双相钢提供足够的淬透性，确保双相钢在40～100℃/s的连续退火气体冷却速度下获得60公斤级抗拉强度。然而，该双相钢中C、Mn、B合金元素的含量也不宜过高，否则难以确保最终获得的双相钢具有优良的焊接性能及成型性能。
进一步地，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，在不可避免的杂质中，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％。
在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，P元素、S元素和N元素均为钢中的杂质元素，在钢中P、N和S元素含量越低，钢材的性能越好。具体来说，S元素所配合形成的MnS会严重影响成形性能，而N元素则容易导致板坯表面产生裂纹或气泡。因此，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低钢中杂质元素的含量，并具体控制钢中P、S、N元素满足：P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％。
进一步地，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其中马氏体的体积百分比含量＞40％且≤70％。
进一步地，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其淬透性因子YQ满足：1.6≤YQ≤2.0，其中YQ＝Mn+200×B，式中的各化学元素代入质量百分号前面的数值。
在本发明上述技术方案中，本发明在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还可以进一步控制钢中的元素配比，即控制Mn、B元素计算所得的淬透性因子YQ满足：1.6≤YQ≤2.0。其中，YQ＝Mn+200×B。
在本发明中，淬透性因子YQ能够体现钢中B元素与Mn元素的复合作用，通过将淬透性因子YQ控制在上述数值范围内，可在降低成本的同时，进一步提高双相钢的力学性能，尤其是强度。
需要注意的是，在合金设计中，Mn含量是影响整体成本的最大当量，故本发明通过添加适量B，可进一步降低Mn的含量，从而有利于减低成本，同时利用Mn和B的综合淬透性，进一步提高双相钢的力学性能，也有利于现场生产的加工性能提升，包括热轧、冷轧的轧制稳定性。
进一步地，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其中马氏体和铁素体的粒径均不大于15微米。
在本发明上述技术方案中，该60公斤级冷轧低合金退火双相钢的马氏体和铁素体的粒径均不大于15微米，其将有助于提升钢材的强度和加工性能。
进一步地，在本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其屈服强度≥340MPa，抗拉强度≥600MPa，A50标距断裂延伸率≥25％。
相应地，本发明的又一目的在于提供上述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢的制造方法，该制造方法实施方便且简单，采用该制造方法可以有效制备本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢的制造方法，其包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)热轧：将连铸坯先加热至1160～1190℃，保温150min以上，然后在850～890℃进行热轧终轧，轧后以30～80℃/s的速度快速冷却；接着进行卷取，卷取温度为500～540℃，卷取后空冷；
(3)冷轧；
(4)退火：控制退火均热温度为825～855℃，退火时间为40～200s，然后以3～5℃/s的速度冷却到快冷开始温度735～760℃，再以40～100℃/s的速度进行快冷，控制快冷结束温度为220～260℃；
(5)回火；
(6)平整。
在本发明上述技术方案中，发明人针对退火工艺进行了优化设计，其具体将退火均热温度控制在了825～855℃之间，优选地可以控制在830～840℃之间。将退火均热温度控制在在上述数值范围内可以使获得的双相钢的晶粒尺寸更加细小，机械性能和成型性能更优。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，退火均热温度为830～840℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，将连铸坯先加热至1160～1190℃，保温150min以上，然后在850～890℃进行热轧终轧，轧后以30～80℃/s的速度快速冷却；接着进行卷取，卷取温度为500～540℃，卷取后空冷。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，控制冷轧压下率为50～70％。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)中，控制回火温度为220～260℃，回火时间为100～400s。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，控制平整压下率≤0.5％。
相较于现有技术，本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明开发了一种新的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其采用合理的化学成分设计并配合优化制造工艺，可以允许在不添加Mo、Cr元素的前提下，能够获得兼具低成本和优异性能(特别是高强度和优异延伸率)的双相钢。
本发明所设计的这种60公斤级冷轧低合金退火双相钢具有很高的强度以及优异的延伸率，其屈服强度≥340MPa，抗拉强度≥600MPa，A50标距断裂延伸率≥25％，其可以有效满足市场和用户的需求，有着十分良好的推广前景和应用价值。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法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。
实施例1-6和对比例1-14
表1-1列出了实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材所设计的各化学元素的质量百分配比。
表1-1.(wt％，余量为Fe和除P、S和N以外其他不可避免的杂质)
表1-2列出了实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材的淬透性因子YQ的值。
表1-2.
注：在上述表1-2中，淬透性因子YQ＝Mn+200×B，式中的各化学元素代入质量百分号前面的数值。
本发明所述的实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材均采用以下步骤制得：
(1)按照表1-1和表1-2所示的化学成分设计进行冶炼和铸造，以制得连铸坯。
(2)热轧：对连铸坯进行热轧，其中将连铸坯先加热至1160～1190℃，保温150min以上，然后在850～890℃的温度进行热轧终轧，轧后以30～80℃/s的速度快速冷却；接着进行卷取，控制卷取温度为500～540℃，卷取后空冷。
(3)冷轧：对钢卷进行冷轧，并控制冷轧压下率为50～70％。
(4)退火：控制退火均热温度为825～855℃，优选地可以控制为830～840℃，控制退火时间为40～200s，然后以3～5℃/s的速度冷却到快冷开始温度735～760℃，再以40～100℃/s的速度进行快冷，控制快冷结束温度为220～260℃。
(5)回火：控制回火温度为220～260℃，回火时间为100～400s。
(6)平整：控制平整压下率≤0.5％，以获得成品双相钢。
在本发明所设计的这种技术方案中，本发明上述所制备的实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢的化学成分设计以及相关工艺均满足本发明的设计规范要求。
相应地，对比例1-14对比钢材虽然也采用的是表1-1和表1-2的成分配比方案并结合上述工艺流程进行制备，但为了凸显本发明技术方案的优越性，所设计的对比例1-14的对比钢材在化学成分和/或相关制造工艺中均存在不满足本发明设计要求的参数。
具体来说，对比例1-6的对比钢材在化学成分均存在未能满足本发明设计的要求的参数；而对比例7-14对应的钢种的化学成分虽然满足本发明设计要求，但是相关工艺参数均存在未能满足本发明设计规范的参数。
表2-1和表2-2列出了实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材在上述工艺步骤(1)-(6)中的具体工艺参数。
表2-1.
表2-2.
需要说明的是，在上述表2-2中，各实施例和对比例的快冷结束温度与回火温度相同，这是因为，在实际工艺操作过程中，快冷操作结束后即进行回火操作。
相应地，在完成上述制造工艺后，针对所制备的实施例1-6和对比例1-14的成品双相钢，发明人对各实施例和对比例的双相钢分别进行了取样，以获得对应的样品钢板，并针对各实施例和对比例的样品钢板的微观组织进行观察和分析，观察发现实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材的微观组织均为马氏体+铁素体。
为此，发明人进一步对各实施例和对比例钢板的微观组织进行分析，以获得实施例1-6和对比例1-14钢板的微观组织中的马氏体相比例、马氏体粒径、铁素体粒径，相关测试结果具体列于下述表3之中。
表3
从上述表3之中可以看出，在本发明中，实施例1-6所制备的60公斤级冷轧低合金退火双相钢微观组织均为马氏体+铁素体，且其马氏体的体积百分比含量(相比例)在42-65％之间，其马氏体粒径在9.6-14.2μm之间，其铁素体粒径在10.7-14.5μm之间。
在本发明中，为了验证各实施例和对比例钢材的性能，针对制得的实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材进行取样，获得相应样本钢板。并针对所获得实施例1-6和对比例1-14的样品钢板进行拉伸试验，以得到实施例1-6和对比例1-14的钢材的性能数据，并将相关试验测试结果列于下述表3中。
相关力学性能测试方法如下所述：
拉伸试验测试：根据GB/T228-2010金属材料室温拉伸试验方法进行拉伸试验，以检测获得实施例1-6和对比例1-14的钢材的屈服强度、抗拉强度和A50标距断裂延伸率。其中，A50标距断裂延伸率表示：拉伸试样平行长度*宽度为50mm*25mm的断裂延伸率。
表3列出了实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢和对比例1-14的对比钢材的力学性能测试结果。
表3.
注：公斤力即千克力，是力的一种常用单位，力的国际单位是牛顿。1公斤力指的是1千克的物体所受的重力(即9.8N)，所以1千克力＝9.8牛顿。
由表3可知，在本发明中，采用本发明所设计的这种技术方案制备的实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢具有相当优异的力学性能，其屈服强度在352-390MPa之间，抗拉强度在603-683MPa之间，其A50标距断裂延伸率在25.8-30.3％之间。各实施例的双相钢在未添加Mo、Cr等贵重合金元素的前提下，获得了大于600MPa的抗拉强度，其均为60公斤级冷轧低合金退火双相钢，同时具有较好的延伸率。
相较于实施例1-6的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，由于对比例1-14的对比钢材在化学成分设计和/或相关制造工艺中存在为满足本发明要求的参数，因此其综合性能明显较劣。
综上所述可以看出，在本发明中，本发明通过合理的化学成分设计并结合优化工艺，获得了兼具低成本和性能优异的双相钢，其力学性能优异，且屈服强度均≥340MPa，抗拉强度均≥600MPa，A50标距断裂延伸率均≥25％，具有良好的应用前景。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其含有Fe及不可避免的杂质元素，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.08％～0.1％，Si：0.1％～0.2％，Mn：1.2％～1.4％，Al：0.01％～0.02％，B：0.0020～0.0030％；
其化学元素不含有Mo和Cr；
所述60公斤级冷轧低合金退火双相钢的微观组织为马氏体+铁素体。
2.如权利要求1所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
C：0.08％～0.1％，Si：0.1％～0.2％，Mn：1.2％～1.4％，Al：0.01％～0.02％，B：0.0020～0.0030％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％。
4.如权利要求1或2所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其特征在于，其中马氏体的体积百分比含量＞40％且≤70％。
5.如权利要求1或2所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其特征在于，其淬透性因子YQ满足：1.6≤YQ≤2.0，其中YQ＝Mn+200×B，式中的各化学元素代入质量百分号前面的数值。
6.如权利要求1或2所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其特征在于，其中马氏体和铁素体的粒径均不大于15微米。
7.如权利要求1或2所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢，其特征在于，其屈服强度≥340MPa，抗拉强度≥600MPa，A50标距断裂延伸率≥25％。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的60公斤级冷轧低合金退火双相钢的制造方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)热轧：将连铸坯先加热至1160～1190℃，保温150min以上，然后在850～890℃进行热轧终轧，轧后以30～80℃/s的速度快速冷却；接着进行卷取，卷取温度为500～540℃，卷取后空冷；
(3)冷轧；
(4)退火：控制退火均热温度为825～855℃，退火时间为40～200s，然后以3～5℃/s的速度冷却到快冷开始温度735～760℃，再以40～100℃/s的速度进行快冷，控制快冷结束温度为220～260℃；
(5)回火；
(6)平整。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，退火均热温度为830～840℃。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制冷轧压下率为50～70％。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)中，控制回火温度为220～260℃，回火时间为100～400s。
12.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，控制平整压下率≤0.5％。
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