CN104278194B - 一种具有高强度高塑性的汽车用冷轧钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有高强度高塑性的汽车用冷轧钢板及其生产方法，化学成分按重量百分比为：C：0.25‑0.35%、Si：0.8‑1.2%、Mn：2.0‑2.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.5‑1.0%，B：0.001‑0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。生产方法包括冶炼→连铸→热轧→酸洗→冷轧→连续退火；连续退火加热温度为800~850℃，保温时间为150‑180s，冷却速率为≥50℃/s，淬火温度为250~280℃，配分温度为350~400℃，配分时间为300~600s，之后以≥50℃/s的冷速冷至室温。
Description
技术领域
本发明属于冷轧汽车用钢制造领域，涉及一种抗拉强度大于980MPa，延伸率大于20%的高强度高塑性冷轧钢板及其生产方法。
背景技术
汽车工业经过一个多世纪的发展，已逐渐成为我国国民经济的支柱性产业。进入21世纪后，汽车用材料发生了很大变化，从欧、美、日等国汽车用材料的总体发展来看，由于汽车轻量化的要求，钢的用量在减少，粉末金属、有色金属和塑料的用量在增加。然而，为了提高汽车安全性，又要增加主动与被动安全措施，这将增加汽车的重量。解决这一矛盾的有效手段就是采用先进高强度钢，如双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、孪生诱发塑性钢（TWIP）、含B超高强钢等。钢铁界经过多年与汽车业在钢制轻量化车身的技术合作，已经证明了钢铁材料仍然是未来汽车使用的主导材料，但内涵却发生了很大变化，由原来的以软钢和普通冷轧板为主发展到以高强度钢板和热镀锌钢板为主，其中，高强度钢板将由目前每车使用量占车重的14-45%（100-294公斤/车）提高到将来的30-70%。
专利CN102409252A公开了一种超高强度冷轧钢板及其制造方法，设计成分为0.05-0.08%C、0.10-0.40%Si、0.50-1.0%Mn、0.008-0.030%P、S≤0.006%、0.08-0.20%Ni、0.20-0.55%Cu、0.30-0.60%Cr、0.015-0.045%Al、0.06-0.13%Ti，余量为Fe。其屈服强度能够达到700MPa以上，但抗拉强度很少大于900MPa，且合金元素种类较多，含量较高。
专利CN102534373A公开了一种适用于辊压成形的超高强度冷轧钢带及其制造方法，设计成分为0.13-0.17%C、0.2-0.4%Si、0.5-0.8%Mn、0.015-0.003%B、P≤0.010%、S≤0.003%、0.004-0.006%N、0.025-0.05%Ti、0.02-0.04%Al、0.0025-0.0055%Ca，其余为Fe。其抗拉强度在980MPa以上，但延伸率仅在10%左右，且添加了B、Ti、Ca等微合金元素，冶炼过程不易控制。
专利CN101871078A公开了一种超高强度冷轧钢及其制造方法，设计成分为0.08-0.16%C、0.1-0.4%Si、1.6-2.2%Mn、P≤0.01%、S≤0.003%、0.02-0.04%Al、N≤0.005%、0.1-0.3%Cr，B/N：0.3-0.7。为了改善钢板的切削性能，在上述化学成分的基础上还添加了Se和Bi中的一种或两种，其中Se的添加量为0.01-0.03%，Bi的添加量为0.02-0.04%。
专利CN101363102A公开了一种高强度冷轧连续退火用TRIP钢板及其制备方法，设计成分为0.1-0.4%C、0.5-2.5%Si、0.5-2.5%Mn、0.01-0.10%Nb、0.01-0.10%Ti、0.1-1.0%Cu、0.1-1.0%Ni、P≤0.03%、S≤0.02%，余量为铁。利用Nb、Ti析出细小碳氮化物，并通过添加Cu、Ni实现强度的提高。
近年来，美国学者Speer等在含Mn-Si的TRIP钢开发基础上，将高碳和中碳含硅钢进行淬火后，再在Ms点以上的一定温度进行等温，使碳由马氏体分配至残余奥氏体，从而获得由马氏体和残余奥氏体两相构成的室温组织，得到较高的强度和塑性配合。这种工艺被称为马氏体型钢热处理的新工艺（Q-P：quenching and partitioning）。
已公开的冷轧高强度钢板专利中，抗拉强度达到980MPa以上者很少，并且普遍存在延伸率较低，合金元素添加种类较多，添加量较大，冶炼成本高、难度大的缺点。而对于新型Q-P热处理工艺，理论上需将钢板加热到Ac3点以上，温度较高，能源消耗量较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好强度塑性配合，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20%的高强度冷轧汽车用钢及其生产方法。
本发明中的Q-P热处理工艺过程为：首先将钢加热到Ac1与Ac3之间的某一温度进行保温，使其部分奥氏体化，实现碳在奥氏体组织中的第一次富集。然后以≥50℃/s的冷速急冷至马氏体转变开始温度（Ms）与终结温度（Mf）之间的某一温度，使奥氏体部分转变为马氏体。随后升温到Ms点以上的配分温度进行保温，使碳从马氏体向未转变的奥氏体扩散，完成残余奥氏体的第二次富碳，从而提高其室温稳定性，使之在室温下能够稳定存在。最后快速冷却至室温，得到铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织。
本发明提供的高强度高塑性汽车用冷轧钢板化学成分按重量百分比为：C：0.25-0.35%、Si：0.8-1.2%、Mn：2.0-2.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.5-1.0%，B：0.001-0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。
C：C是马氏体基体最有效的强化元素之一，它固溶于奥氏体中，扩大奥氏体区，极大地提高奥氏体稳定性，使铁素体和贝氏体转变的C曲线右移，推迟铁素体和贝氏体转变温度，并且降低Ms点温度。含碳量过低会使残余奥氏体的稳定性下降，但含碳量过高会使马氏体中出现孪晶，降低钢的塑性、韧性和焊接性。因此本发明要求C含量在0.25-0.35%之间。
Si：Si为非碳化物形成元素，在碳化物中的溶解度极低，以固溶体形态存在，通过固溶强化来提高钢的强度和冷加工变形硬化率。在本发明的配分等温过程中，它能够强烈抑制Fe3C的形成，使未转变的奥氏体富碳，从而大大提高奥氏体稳定性，使其能够在室温下保留下来。另外，Si还能显著强化铁素体，但较高的Si含量会恶化钢板的热轧性能和表面涂镀性能，产生较多的表面缺陷。因此本发明中的Si含量为0.8-1.2%。
Mn：Mn是有效的固溶强化元素之一，添加Mn可降低马氏体转变温度Ms，增加残余奥氏体的含量。同时Mn对钢板的韧性影响不大，当钢中含有1.5-2.5%的Mn时，可以有效地提高残余奥氏体的分解抗力。Mn含量过高，会造成严重的成分偏析，形成带状组织，影响钢板的力学性能，因此本发明选择的Mn含量在2.0-2.5%范围。
P、S：P、S为残留元素，P易造成钢板中心偏析，严重破坏钢的冲击韧性，且不利于钢板的热加工及焊接性；S易与Mn形成非金属夹杂物，使钢板的冷弯和扩孔性能下降，故两者均应尽量控制在较低水平，即P≤0.02%，S≤0.005%。
Al：Al用于脱氧，和Si一样，也是非碳化物形成元素，能够强烈抑制Fe3C的形成，使残余奥氏体富碳。虽然Al的固溶强化效果弱于Si，但是在本发明中，可以添加Al元素来降低硅的副作用。Al还可以与N元素形成AlN，有效地细化晶粒，因此本发明要求Al含量在0.5-1.0%之间。
B：B能阻止退火时铁素体晶粒的长大，并可在晶界处快速析出从而强化晶界，抑制P在晶界处的偏聚。同时，B有助于提高钢板的淬透性，在退火后不需过高冷速也能保证钢板强度。过高的B将明显降低钢板的成形性，且焊后强度过高，故本发明要求其含量控制在0.001-0.002%之间。
本发明的一种具有高强度高塑性的汽车用冷轧钢板，其生产工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→酸洗→冷轧→连续退火
（1）按照设计成分进行冶炼，即C：0.25-0.35%、Si：0.8-1.2%、Mn：2.0-2.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.5-1.0%，B：0.001-0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质，连铸成板坯。
（2）热轧：板坯加热温度为1200~1250℃，保温180min以上；热轧开轧温度为大于1100℃，终轧温度为870~950℃；卷曲温度为600~650℃。
（3）酸洗和冷轧：热轧板经常规酸洗后进行冷轧，冷轧压下率控制在60~70%之间。
（4）连续退火：连续退火是实现本发明的关键步骤，加热温度为800~850℃，保温时间为150-180s，冷却速率为≥50℃/s，淬火温度为250~280℃，配分温度为350~400℃，配分时间为300~600s，之后以≥50℃/s的冷速冷至室温。
本发明所提供的高强度高塑性汽车用冷轧钢板为C-Si-Mn合金系，化学成分简单、合理，未添加贵重或稀有合金元素，冶炼工艺控制简便，成本低廉。连续退火工艺要求的冷却速度仅为≥50℃/s，对连退机组的设备能力要求低，同时避免了高温快速冷却带来的板形不良和内应力偏高等问题。室温下得到铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织，强度和塑性配合良好。抗拉强度大于980MPa，延伸率大于20%，适合应用于制造汽车结构件或加强件，符合汽车行业减量化要求，市场前景广阔。
附图说明
图1为实施例1的透射电镜薄膜照片。
具体实施方式
实施例化学成分如表1所示：
表1 化学成分（wt％）
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Al | B | Fe |
| 1 | 0.28 | 1.11 | 2.15 | 0.015 | 0.0031 | 0.73 | 0.0013 | 余量 |
| 2 | 0.31 | 1.18 | 2.48 | 0.010 | 0.0025 | 0.59 | 0.0011 | 余量 |
| 3 | 0.30 | 1.02 | 2.25 | 0.013 | 0.0022 | 0.87 | 0.0015 | 余量 |
| 4 | 0.32 | 0.85 | 2.12 | 0.015 | 0.0037 | 0.91 | 0.0018 | 余量 |
| 5 | 0.26 | 0.92 | 2.36 | 0.011 | 0.0042 | 0.80 | 0.0016 | 余量 |
| 6 | 0.33 | 1.09 | 2.09 | 0.012 | 0.0019 | 0.66 | 0.0018 | 余量 |
实施例轧制工艺参数如表2所示：
表2 轧制工艺参数
实施例连退工艺参数如表3所示：
表3 连退工艺参数
实施例钢板的力学性能如表4所示：
表4 钢板的力学性能
| 实施例 | Rp0.2（MPa） | Rm（MPa） | A（%） |
| 1 | 653 | 1037 | 21.5 |
| 2 | 628 | 1047 | 21.0 |
| 3 | 669 | 1041 | 20.5 |
| 4 | 658 | 1057 | 21.5 |
| 5 | 653 | 1053 | 22.0 |
| 6 | 654 | 1045 | 21.0 |
图1为实施例1的透射电镜薄膜照片，组织为铁素体、马氏体及残余奥氏体。
Claims (2)
1.一种具有高强度高塑性的汽车用冷轧钢板，其特征在于：化学成分按重量百分比为：C：0.31-0.35％、Si：0.8-1.2％、Mn：2.0-2.5％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、Al：0.5-1.0％，B：0.001-0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质；所述钢板为铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织，抗拉强度大于980MPa，延伸率大于20％。
2.一种根据权利要求1所述的具有高强度高塑性的汽车用冷轧钢板生产方法，包括冶炼→连铸→热轧→酸洗→冷轧→连续退火；其特征在于：板坯加热温度为1200～1250℃，保温180min以上；热轧开轧温度为大于1100℃，终轧温度为870～950℃；卷曲温度为600～650℃；热轧板经常规酸洗后进行冷轧，冷轧压下率控制在60～70％之间；连续退火加热温度为800～850℃，保温时间为150-180s，冷却速率为≥50℃/s，淬火温度为250～280℃，配分温度为350～400℃，配分时间为300～600s，之后以≥50℃/s的冷速冷至室温。
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