CN1793405A - 冷轧耐候深冲汽车板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷轧耐候深冲汽车板及其制备方法。其解决现有技术存在的无明显深冲织构形成，导致深冲性能差，下屈服强度值波动大，屈强比高而使冲制车身部件的形状固定性差等不足。解决的技术措施：冷轧耐候深冲汽车板，其主要组份及其重量百分比为：C：0.002～0.012％，Si：≤0.025％，Mn≤0.10％，P：0.011～0.049％，S：≤0.015％，Al_s：0.01～0.05％，Cr：0.15～0.35％，Cu：0.03～0.30％，Ni：0.03～0.30％，其余为铁及不可避免的杂质，其组分及重量百分比含量还应满足以下三个公式：Cu+Cr+Ni≤0.6％，裂纹敏感性＝C+Mn/20+Si/30+Ni/60+Cu/20+Cr/20≤0.08％，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5≤0.08％。

Description

冷轧耐候深冲汽车板及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车板及制备方法，尤其属于冷轧耐候深冲汽车板及其制备方法。

背景技术

现代汽车覆盖件钢板的成形方式主要分为五大类，即深冲成形、拉胀成形、浅拉延成形、翻边成形、弯曲成形，各种成形类别的典型零件以及与材料性能之间的对应关系列于下表中：

                       汽车覆盖件典型成型零件及材料性能

成形类别	典型零件	主要指标	试验方法
				深冲成形	油底壳本体	r≥1.40， A50mm≥45％	拉延试验
拉胀成形	翼子板	r≥1.35， n≥0.21，A50mm≥44％	锥杯试验
				浅拉延成形	外门板	ReL≤250MPa， n≥0.225，A50mm≥38％	锥杯试验
翻边成形	支架-内盖板	ReL波动值≤70MPa，A50mm≥34％	锥杯试验
				弯曲成形	消声器前隔板	A50mm≥33％	扩孔试验

由表可知，冲制汽车覆盖件对钢板力学成型性能的最基本要求可概括为：下屈服强度≤250MPa，平均塑性应变比 r≥1.35，加工硬化指数 n≥0.21，延伸率A_50mm≥33％，且R_eL波动值要小。现有的典型冷轧耐候钢有05CuPCrNi(0.035～0.065％C，0.25～0.40％Si，0.30～0.50％Mn，0.05～0.10％P，0.012～0.025％S，0.35～0.60％Cu，0.31～0.80％Cr，0.21～0.55％Ni)，其下屈服强度＞310MPa，塑性应变比 r测不出来，加工硬化指数 n＜0.14，其不足为：无明显深冲织构形成，导致深冲性能差，力学性能特别是下屈服强度值波动范围大，且下屈服强度只给出下限值，对上限值未作限定，导致其屈强比高，如若冲制车身部件，形状固定性差，不符合现代汽车制造业对汽车板力学性能、板形质量稳定性的要求，所以不能用于汽车深冲覆盖件的生产。06CuPRe(0.04％C，0.21％Si，0.30％Mn，0.07％P，0.019％S，0.25％Cu，0.015％Re)，平均塑性应变比 r＜1.20，加工硬化指数 n＜0.20，下屈服强度＞280MPa，Re元素的加入，主要起净化钢质和控制夹杂物形态的作用，从而提高耐蚀性。但是，炼钢时在钢水凝固过程中很难控制Re的析出行为，且Re的烧损较大，冶金成本高。

另一方面，现有典型的冷轧低碳深冲汽车板，如St13钢板(0.05％C，0.03％Si，0.25％Mn，0.019％P，0.014％S，0.039％Al_s)、德国蒂森钢公司St14钢板(0.03％C，0.025％Si，0.26％Mn，0.012％P，0.012％S，0.048％Al_s，0.0045％N)均不含耐蚀元素，因而不具备明显的耐候性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有良好耐候性与深冲性，并且下屈服强度低、屈强比低、延伸率高、钢质纯净度较高的汽车用冷轧薄板及其制备本发明钢种的方法。

实现上述目的的技术内容：

冷轧耐候深冲汽车板，其主要组份及其重量百分比为：

C：0.002～0.012％，Si：≤0.025％，Mn≤0.10％，P：0.011～0.049％，S：≤0.015％，Al_s：0.01～0.05％，Cr：0.15～0.35％，Cu：0.03～0.30％，Ni：0.03～0.30％，其余为铁及不可避免的杂质，其组分及重量百分比含量还应满足以下三个公式：

Cu+Cr+Ni≤0.6％

裂纹敏感性＝C+Mn/20+Si/30+Ni/60+Cu/20+Cr/20≤0.08％

碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5≤0.08％。

其还在于Cr的重量百分比为：0.15～0.30％。

其还在于Cu的重量百分比为：0.10～0.18％。

其还在于Ni的重量百分比为：0.10～0.18％。

其还在于Al_s的重量百分比为：0.015～0.035％。

一种制备权利要求1所述的冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1170～1230℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1060～1100℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1020～1060℃。

4)进行终轧，终轧温度为870～910℃，此时冷却速度为15～30℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为660～700℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为52～65％，退火温度冷点580℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量0.8～1.2％。

其在于将钢坯加热到1190～1210℃。

其在于终轧温度为880～900℃。

其在于卷取温度为680～695℃。

其在于控制总压下率为54～60％。

其在于下屈服强度≤240MPa，平均塑性应变比 r≥1.5，加工硬化指数 n≥0.22，延伸率A_50mm≥38％。

主要组分元素在本发明中的机理及作用：

Cu：因为Cu在钢的大气腐蚀过程中起着活性阴极作用，促进了钢的钝化，因此，含Cu的钢板可有效提高耐大气腐蚀性能。长期研究发现，含铜0.03～0.30％的钢，随着Cu含量的增加，对耐候性能改善明显，且当Cu≥0.30％以后，耐蚀作用基本达到饱和；又因为Cu≥0.30％以后，Cu的“热脆”现象明显，易使钢板表面出现网状裂纹；所以Cu的含量控制在0.03～0.30％。

Cr：Cr能在钢板表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力。为了进一步提高钢的耐大气腐蚀能力，将Cr与Cu同时加入，提高耐候性能的效果尤其明显。研究发现，Cr≥0.15％时，随着Cr含量增加，Cr逐渐在钢板锈层中发生明显富集，促使锈层组份向热力学稳定状态的α-FeOOH转变，且锈层逐渐形成片状结构，电导率降低；另外，Cr还可以降低钢板腐蚀这一电化学反应过程中的电位，从而显著抑制内层钢板的腐蚀。但当Cr≥0.35％以后，这种耐蚀作用亦基本达到饱和，而钢材成本无谓增加，故加入0.15～0.35％的Cr。

Ni：Ni是一种比铁稳定的元素，但其钝化能力不如Cr，所以不单独加入Ni，而是通常与Cu、Cr耐蚀元素同时加入，才能对改善锈层的结构十分有益。因Ni与Cu的化学性质很相近，且Ni亦较贵，故设计Ni与Cu控制范围相同，Ni的含量控制在0.03～0.30％。

本发明根据汽车面板在含有O₂、SO₂、CO₂、NO₂等氧化性介质及酸性污染物的大气中服役的要求，以Cu、Cr、Ni作为锈层钝化元素，即充分利用Cu、Ni促使钢板表面锈层浓缩、致密、稳定并抑制锈蚀向钢板内层发展。

本发明视C、S为破坏钢板耐蚀性元素，故大幅降低C含量，控制S含量。

为防止AlN过多、过于细化晶粒(退火板中中等粒度晶粒大幅减少)，按低Al量控制Al_s＝0.015～0.035％，N≤40ppm。

控制Cu+Cr+Ni≤0.6％，不明显降低深冲性能，而耐蚀性能显著提高。

成分对深冲性能的影响：

钢板下屈服强度是指金属发生塑性变形时的临界应力。金属的塑性变形实质上就是位错的运动，显然位错运动要求位错源必须开动，正是开动位错源所需的应力和位错在运动过程中遇到的各种阻力决定了金属的实际下屈服强度。在铁素体晶体中，溶质原子与溶剂Fe原子的尺寸差异会在固溶体内引起弹性应力场，这种内应力场阻碍了位错运动；另一方面，这些溶质原子还会对位错运动产生强烈的钉扎作用。C、N、Cu、P、Cr、Ni、Fe原子半径分别为r_C＝0.77，r_N＝0.75，r_Cu＝1.28，r_P＝1.06，r_Cr＝1.32，r_Ni＝1.25，r_Fe＝1.27，比较而言，溶质C、N原子与溶剂Fe原子的原子半径差别最大，因而C、N原子引起母材金属的晶格畸变也最严重。对比经历了相同轧制及退火工艺的试验钢板，C、N含量高的钢板下屈服强度急剧增大，屈强比迅速上升。

Cu、P、Cr、Ni、Fe原子的核外电子层特征分布如下：Cu：3d¹⁰4s¹，P：3s²3p³，Cr：3d⁵4s¹，Ni：3d⁸4s²，Fe：3d⁶4s²。除P外，Cu、Cr、Ni与Fe原子的电子层数均相同；且P原子与Fe原子的原子半径差别最大，即体积错配度相差最大，因此与Cu、Cr、Ni相比较，钢中加入P使铁素体的晶格常数改变最大。

Cr原子中未配对的价电子数最多，这些电子在金属晶体中形成了坚强的化学键，晶格上粒子间作用力大，因而Cr金属熔点高，硬度大，化学性质不活泼，不易氧化；Cr在本发明钢中充当重要的耐蚀元素。

罩式退火时，对冷轧带钢进行长时间的近乎平衡的热处理，结果表明，C、N、P对提高退火钢板屈服强度的作用最显著，而影响最弱的是Mn、Si、Cu和Ni。

作为制造汽车车体的部件，在化学成分设计中还须考虑耐蚀元素对钢板可焊性的影响。车体焊接时，随着钢板碳当量值的上升，焊缝区出现的脆性粗晶结构与应力集中会构成冷裂危险。冷裂系由下列因素引起：1)焊接金属有一定量的扩散氢；2)热影响区的脆性织构；3)焊接时应力明显集中，为此，必须控制钢的碳当量。

本发明钢板中含Cu、Ni的二次析出相可细化晶粒，相对于一般低碳深冲钢来说，可以更有效抑制汽车部件焊接中造成的晶粒粗大缺陷，有利于改善焊接性能。

本发明与目前所生产的冷轧耐候带钢相比，特点是下屈服强度低、屈强比低、延伸率高，压下率在52～65％即可获得高畸变能，并有利于降低冷轧机能耗，减小弹跳，提高耐候钢板厚度精度并减小耐候板易出现的浪形缺陷，钢质纯净度高，下屈服强度、抗拉强度波动小，力学性能稳定，冲制汽车部件回弹小，形状固定性好。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：冶炼本发明冷轧耐候深冲汽车钢板，钢的组分及重量百分比为：C 0.002，Si 0.01，Mn 0.03，P 0.013，S 0.006，Cu 0.031，Cr 0.35，Ni 0.030，Al_s 0.015，N 0.0025，余量为Fe及不可避免的夹杂。

制备冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1200℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1080℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1040℃。

4)进行终轧，终轧温度为885℃，此时冷却速度为20℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为680℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为65％，退火温度冷点680℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量0.8％。

经对成品板厚为0.70mm本发明钢检验，性能为R_eL＝165MPa，R_m＝315MPa，A_50mm＝50％，r＝1.87， n＝0.25，180°冷弯，d＝0，完好。并经冲制轿车翼子板等覆盖件，未产生开裂及起皱现象，均为合格。经实验冲制部件形状固定性好，无翘曲现象产生，耐候性优良。

实施例2：冶炼本发明冷轧耐候深冲汽车钢板，钢的组分及重量百分比为：C 0.008，Si0.012，Mn 0.05，P 0.020，S 0.007，Cu 0.11，Cr 0.24，Ni 0.10，N 0.0038，Al_s 0.020，余量为Fe及不可避免的夹杂。

制备冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1210℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1085℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1045℃。

4)进行终轧，终轧温度为890℃，此时冷却速度为20℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为685℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为60％，退火温度冷点680℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量0.9％。

经对成品板厚为1.0mm本发明钢检验，性能为R_eL＝170MPa，R_m＝320MPa，A_50mm＝48％，r＝1.75， n＝0.24，180℃冷弯，d＝0，完好。经实验冲制汽车车门、前/后轮罩等覆盖件，均合格，经实验冲制的部件无翘曲现象，耐候性好。

实施例3：冶炼本发明冷轧耐候深冲汽车钢板，钢的组分及重量百分比为：C 0.012，Si0.016，Mn 0.06，P 0.025，S 0.011，Cu 0.14，Cr 0.18，Ni 0.13，N 0.0029，Al_s 0.028，余量为Fe及不可避免的夹杂。

制备冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1220℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1092℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1050℃。

4)进行终轧，终轧温度为898℃，此时冷却速度为20℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为689℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为56％，退火温度冷点680℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量0.9％。

经对成品板厚为1.0mm本发明钢检验，性能为R_eL＝192MPa，R_m＝337MPa，A_50mm＝47％，r＝1.64， n＝0.23，180℃冷弯，d＝0，完好。经实验冲制汽车车门、前/后轮罩等覆盖件，均合格，经实验冲制的部件无翘曲现象，耐候性好。

实施例4：冶炼本发明冷轧耐候深冲汽车钢板，钢的组分及重量百分比为：C 0.008，Si0.017，Mn 0.03，P 0.035，S 0.006，Cu 0.29，Cr 0.16，Ni 0.13，N 0.0021，Al_s 0.041，余量为Fe及不可避免的夹杂。

制备冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1220℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1092℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1050℃。

4)进行终轧，终轧温度为898℃，此时冷却速度为20℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为689℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为54％，退火温度冷点680℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量1.1％。

经对成品板厚为1.0mm本发明钢检验，性能为R_eL＝218MPa，R_m＝365MPa，A_50mm＝46％， r＝1.60， n＝0.22，180℃冷弯，d＝0，完好。经实验冲制汽车前/后轮罩等覆盖件，均合格，经实验冲制的部件无翘曲现象，耐候性好。

实施例5：冶炼本发明冷轧耐候深冲汽车钢板，钢的组分及重量百分比为：C 0.010，Si0.025，Mn 0.08，P 0.049，S 0.009，Cu 0.10，Cr 0.15，Ni 0.29，N 0.0028，Al_s 0.049，余量为Fe及不可避免的夹杂。

制备冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1230℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1095℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1055℃。

4)进行终轧，终轧温度为908℃，此时冷却速度为20℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为700℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为52％，退火温度冷点680℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量1.2％。

经对成品板厚为0.8mm本发明钢检验，性能为R_eL＝225MPa，R_m＝385MPa，A_50mm＝40％，r＝1.51， n＝0.22，180℃冷弯，d＝0，完好。经实验冲制汽车引擎机盖等覆盖件，均合格，经实验冲制的部件无翘曲现象，耐候性好。

Claims (9)

1、冷轧耐候深冲汽车板，其主要组份及其重量百分比为：

C：0.002～0.012％，Si：≤0.025％，Mn≤0.10％，P：0.011～0.049％，S：≤0.015％，Al_s：0.01～0.05％，Cr：0.15～0.35％，Cu：0.03～0.30％，Ni：0.03～0.30％，其余为铁及不可避免的杂质，其组分及重量百分比含量还应满足以下三个公式：

Cu+Cr+Ni≤0.6％

裂纹敏感性＝C+Mn/20+Si/30+Ni/60+Cu/20+Cr/20≤0.08％

碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Cr/5≤0.08％。

2、根据权利要求1所述的冷轧耐候深冲汽车板，其特征还在于Cu的重量百分比为：0.10～0.18％。

3、根据权利要求1所述的冷轧耐候深冲汽车板，其特征还在于Ni的重量百分比为：0.10～0.18％。

4、根据权利要求1所述的冷轧耐候深冲汽车板，其特征还在于Al_s的重量百分比为：0.015～0.035％。

5、一种制备权利要求1所述的冷轧耐候深冲汽车板的方法，其步骤：

1)采用热轧控轧控冷工艺，将钢坯加热到1170～1230℃，并使同板温差小于25℃。

2)进行粗轧，使粗轧出口温度为1060～1100℃。

3)进行精轧，精轧时板坯的入口温度为1020～1060℃。

4)进行终轧，终轧温度为870～910℃，此时冷却速度为15～30℃/s。

5)进行卷取，卷取温度为660～700℃。

6)进行酸洗及冷轧，此时控制总压下率为52～65％，退火温度冷点580℃，热点720℃，平整温度小于45℃，平整量0.8～1.2％。

6、根据权利要求5所述的冷轧耐候深冲汽车板的制备方法，其特征在于将钢坯加热到1190～1210℃。

7、根据权利要求5所述的冷轧耐候深冲汽车板的制备方法，其特征在于卷取温度为680～695℃。

8、根据权利要求5所述的冷轧耐候深冲汽车板的制备方法，其特征在于控制总压下率为55～60％。

9、根据权利要求5所述的冷轧耐候深冲汽车板的制备方法，其特征在于下屈服强度≤240MPa，平均塑性应变比 r≥1.5，加工硬化指数 n≥0.22，延伸率A_50mm≥38％。