CN117165845B

CN117165845B - 新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板及其制备方法

Info

Publication number: CN117165845B
Application number: CN202310476368.4A
Authority: CN
Inventors: 林春青; 胡智评; 刘仁东; 孟凡志; 顾兴利; 蒋睿婷; 郭金宇
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2023-04-28
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2043-04-28
Also published as: CN117165845A

Abstract

本发明提供了一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板及其制备方法，其镀锌板基板成分按重量百分比计如下：C：0.005％～0.007％，Si：0.012％～0.017％，Mn：0.22％～0.34％，P：0.03％～0.05％，Nb：0.04％～0.07％，Ti：0.003％～0.005％，N≤0.003％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质，优选，所述热镀锌外板中C‑Nb/7.736为‑5～15ppm。制备方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热镀锌；应用本发明生产的合金化热镀锌板同比340级BH钢和IF钢，具有优异的综合力学性能和抗室温时效性能等，拥有明显的性能优势。

Description

新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板及其制备方法。

背景技术

作为整车用钢量最多的汽车面板，其要求钢板兼具优良的成形性和良好的抗凹性，同时还应具有良好的抗自然时效性。然而，钢材成形性能的提升往往与强度的提高相矛盾，同时造成抗凹性能的降低。目前，汽车板用钢最主要的品种为无间隙原子(IF)钢和烘烤硬化(BH)钢。IF钢具有优异的成形性能，但其抗凹性能差。BH钢在冲压时具有低屈服强度而表现为优异的成形性，且在高温涂漆烘烤后使钢板强度得到提升而具有良好的抗凹性，但其存在一定的时效问题。为此，开发具有优良成形性、抗凹性和抗自然时效性能的高强汽车板是十分必要的。

发明《一种高抗拉强度基板，热镀锌汽车板及其制造方法》(CN101353755A)公开的钢板的化学组成为(wt％)：C：0.01～0.08％，Si：≤0.1％，Mn：0.8～1.8％，Cr：≤1.0％，Mo：≤0.5％，T.Al：0.02～0.08％，N：≤0.006％，P+2S：≤0.12％，1.6％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.8％，Fe：余量。该钢板的成分设计采用高碳和添加Mn、Cr和Mo等贵金属元素，导致合金成本大大增加。同时其组织为珠光体+铁素体原始组织，强度较高，但延伸率较低(32％-36％)，不利于汽车板的冲压成型。

发明《一种抗拉强度390MPa级的汽车用合金化热镀锌钢及生产方法》(CN201510455209.1)公开了的钢板元素组分(wt％)为：C：0.07～0.10％，Si：≤0.03％，Mn：0.7～1.0％，P：0.010～0.025％，S≤0.010％，Als：0.020～0.070％；该钢板的成分设计中碳含量高，易使钢板中存在过多的固溶C而影响钢板的抗自然时效性能，且添加较多的固溶强化元素Mn不利于钢板的成形性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有优良成形性、抗凹性和抗自然时效性新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板及其制备方法。

本发明目的是这样实现的：

一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板，其镀锌板基板成分按重量百分比计如下：C：0.005％～0.007％，Si：0.012％～0.017％，Mn：0.22％～0.34％，P：0.03％～0.05％，Nb：0.04％～0.07％，Ti：0.003％～0.005％，N≤0.003％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质，优选，所述热镀锌板中C-Nb/7.736为-5～15ppm。

所述热镀锌板基板显微组织为临界区铁素体、取向附生铁素体、弥散分布的Nb(C,N)和TiN，其各项显微组织的体积百分含量为临界区铁素体80％～90％，取向附生铁素体10％～20％。优选，临界区铁素体硬度为160～180HV，取向附生铁素体硬度为190～210HV。

所述热镀锌板屈服强度220～260MPa，抗拉强度340MPa以上，断后延伸率40％以上，塑性应变比r为2.2～2.4，应变硬化指数n为0.25以上，烘烤硬化值BH2为40～60MPa。

所述热镀锌板镀层的铁质量百分比为8％～10％。

本发明成分设计理由如下：

C：C是本发明中最重要的添加元素，其对钢板的烘烤硬化值和抗时效性能具有至关重要的作用。当C含量增高时，钢中易生成珠光体且较难控制珠光体的形态及分布，使钢的延伸率、r值和n值低以及成品钢中的C含量过高而产生时效问题。此外，当C元素含量过低时，使炼钢成本提高，且不能保证钢中形成一定量含Nb的碳化物而使钢的强度过低，同时使钢板的烘烤硬化值过低。因此，为了保证钢板的综合力学性能、抗时效性能及使烘烤硬化值在30-60MPa之间，本发明要求C元素含量为0.005％～0.007％且令C-Nb/7.736在-5～15ppm之间。

Si：Si元素为本发明中的重要元素之一，起到固溶强化的作用，但是过高含量的Si将降低钢的塑韧性及严重影响镀锌板的表面质量。因此，本发明要求Si含量为0.012％～0.017％。

Mn：Mn元素为本发明中的重要元素之一，起到固溶强化的作用。然而当Mn元素的添加量过高时，钢板的强度过高影响其成形性能。因此，本发明要求Mn含量为0.22％～0.34％。

P：P元素为本发明中的重要元素之一，起到固溶强化的作用。然而，P极易偏聚在晶界，当P含量过高时会造成钢板二次加工脆化性能下降。同时，过量P元素使钢板的强度过高影响其成形性能。因此，本发明要求P元素含量为0.03％～0.05％。

Nb：Nb元素是本发明的重要元素之一。Nb在钢中主要以固溶态和析出物的形式存在，其中固溶Nb原子的拖拽作用和细小的Nb(C,N)析出相对界面的钉扎作用均可以影响奥氏体的再结晶行为，使得最终的铁素体晶粒得到细化，提高钢板的强度。此外，Nb(C,N)的析出可以调控钢板的固溶C含量，进而影响钢板的烘烤硬化性能。所以，添加少于0.05％的Nb时，不能保证钢板的强度且容易使其烘烤硬化值过高。同时，添加过量的Nb元素，导致钢板的烘烤硬化性能差且生产成本增加。因此，本发明要求Nb含量为0.04％～0.06％，C-Nb/7.736在-5～15ppm之间。

Ti：Ti元素是本发明的重要元素之一。Ti和钢中的杂质元素N形成TiN，TiN是钢中稳定性最高的化合物，在钢液中即可发生析出，所以TiN可以起到固N的作用。然而当Ti含量过高，会导致TiN尺寸过大，恶化钢板的性能。同时，过多的Ti含量会使钢中析出FeTiP，阻碍钢板在再结晶过程中形成有利织构，降低钢板的r值。此外，该化合物的析出影响P的固溶强化效果，降低钢板的强度。因此，本发明要求Ti含量为0.003％～0.005％。

N：N是钢中的杂志元素，影响钢板的抗时效性，且不利于r值的提高。因此，本发明要求N元素含量≤0.003％。

S：S是钢中的杂质元素，易与Mn反应形成MnS，使钢板的性能恶化，所以其含量越低越好。因此，本发明要求S元素含量≤0.005％。

本发明技术方案之二是提供一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板的制备方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热镀锌；

1.冶炼、铸造：按照上述化学成分进行冶炼、精炼、铸造成铸坯。

中包温度：中包温度设定为1500～1600℃，保证组织及成分均匀。

2.热轧：加热温度在1250～1280℃之间，在炉时长>120min，开轧温度在1060～1120℃之间，终轧温度在893～924℃之间，卷取温度在400～490℃之间。热轧卷厚度在3～4mm之间。

加热温度：钢中添加Ti元素用以固定N元素，所以为了达到较为理想的固N效果，通常加热温度控制在1250℃以上。同时，该温度保证钢中不析出含Nb化合物Nb(C,N)，有利于晶粒长大均匀，且使Ti(C,N)在后续再结晶区轧制阶段析出起到钉扎晶界，细化原始奥氏体晶粒的效果。此外，加热温度过高会使晶粒过分长大无法获得晶粒细化的效果，且造成能源浪费。加热时长大于120min，保证合金元素分布均匀。因此，加热温度控制在1250～1280℃，时长为>120min。

终轧温度：终轧温度控制在893～924℃之间，该温度高于Ar3，能保证轧制时奥氏体晶粒内形成变形带，使其为后续的铁素体相变提供更多的形核点从而使晶粒细化。

卷取温度：卷曲温度较低时，基体相中的合金元素过饱和度大有利于析出，但是低温不利于元素的扩散，而较高的温度虽有利于元素的扩散，但析出驱动力较低。因此卷曲温度强烈关系着碳氮化物的析出程度，从而对钢中最终固溶C的含量和BH值造成直接的影响。此外，卷曲温度过高，钢板表面氧化铁皮过多，导致除磷成本上升且影响钢板表面质量。同时，采用低温卷取，有效抑制层流冷却或由终轧到卷取阶段发生的位错回复，促进更多位错保留至基体内部，提高形变储能，促进后续退火的再结晶形核。因此，本发明根据C和Nb的元素含量关系规定卷曲温度为当C-Nb/7.736在-5～5ppm之间时，卷曲温度控制在400～450℃；当C-Nb/7.736在5～15ppm之间时，不包括5ppm，卷曲温度控制在450～490℃。

3.酸洗：对热轧卷取后钢表面存在的铁皮氧化物进行酸洗去除。

4.冷轧：冷轧产品规格保持在0.6～0.8mm厚，对应该发明产品对应的目标汽车面板厚度，轧制压下率控制在80～85％。冷轧变形的储存能是退火再结晶的驱动力，充足的的压下率可以保证铁素体再结晶的效果，使铁素体晶粒细化。同时，随着冷轧压下量的增加，钢板中主要形成了织构组分为{111}<110>和{111}<112>的强γ纤维织构，具有该取向的晶粒具有大的储存能，易在后续退火过程中长大从而使钢板形成强{111}//ND织构，有利于深冲性能的提高。然而，过高的轧制压下增加冷轧机的负荷，不能保证目标厚度的实现。

5.热镀锌：热镀锌前退火温度为865～893℃，退火时间为30～60s；接着，将钢板以10～16℃/s的冷速缓冷至785～813℃，后以≥30℃/s的冷速降至440～460℃；然后将钢板温度加热至450～460℃后进入锌锅，镀锌过程1～3s，然后钢板进入合金化炉进行合金化处理，合金化温度为473～530℃，合金化时间为18-23s；最后将钢板冷却至室温。其中关键参数说明如下：

热镀锌前退火温度：退火阶段可以使钢中形成少量的奥氏体以在缓冷阶段引入取向附生铁素体，同时通过碳化物的回溶调控最终钢中的固溶C含量。温度过高，碳化物溶解程度大使钢中固溶C含量升高，造成BH值过高且产生易时效问题。同时，过高的退火温度使钢板的强度降低，同时影响钢板的表面质量。退火温度过低，碳化物溶解程度低使得最终的BH值过低。因此，本发明根据钢中C和Nb的元素含量关系，当C-Nb/7.736在-5～5ppm之间时，加热温度控制在880～893℃；当C-Nb/7.736在5～15ppm之间时，不包括5ppm，加热温度控制在865～880℃。

热镀锌前退火时间：为保证钢板在一定的退火温度下通过Nb(C,N)的溶解调整钢中固溶C的含量，时间过长造成固溶C含量过高，且使铁素体再结晶晶粒尺寸不均匀，时间过短则导致固溶C含量过低。因此，本发明要求热镀锌前退火时间为30～60s。

冷却速度：缓冷阶段采用10～16℃/s的冷速降温至785～813℃，可以使钢板中形成取向附生铁素体，提高钢板的强度。后采用≥30℃/s快速冷却能保证钢中保留一定量的固溶C含量。因此，本发明要求缓冷阶段和快冷阶段的冷却速度分别为10～16℃/s和≥30℃/s。

镀锌前钢板温度：镀锌前钢板温度为450～460℃可保证钢板在后续镀锌过程中不发生凝锌或拖锌的现象。

合金化退火温度：合金化退火过程是在恒温坏境下镀层中铁含量不断增加的过程。研究表明当镀层表面铁含量达到9％时，合金化过程完成，此时镀层中为理想的致密δ相(FeZn10)，因此，本发明要求镀层的铁含量控制在8％-10％。为达到这一要求，退火温度控制在473～530℃。退火温度超过530℃时镀层中易形成Fe3Zn10(Γ相)或Fe5Zn21(Γ1相)，使镀层的抗粉化性能和镀锌板表面质量变差。此外，退火温度过低，不能有效地完成合金化。因此，退火温度控制为473～530℃。

合金化退火时间：退火时间低于18s，镀层中的铁含量过低无法形成充足的δ相。若退火时间过长，镀层中会形成中Γ1相而使钢板的抗粉化性能变差，且影响钢板的表面质量。因此，退火时间控制在18-23s。

最终组织构成：80-90％的临界区铁素体(160-180HV)+10-20％的取向附生铁素体(190-210HV)+弥散分布的Nb(C,N)和TiN。

通过上述方法可以得到合金化热镀锌烘烤硬化钢板屈服强度为220-260MPa之间，抗拉强度为340MPa以上，断后延伸率为40％以上，塑性应变比r为2.2-2.4，应变硬化指数n为0.25以上，烘烤硬化值BH2为40-60MPa之间。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所涉及的340级别汽车板采用微碳(0.005％～0.007％)的成分设计，相较于超低碳BH钢而言，降低了炼钢的成本，且未添加Mo、Cr、V、Sb、Pb等高成本合金元素，故有效地控制了合金成本。

(2)本发明根据C和Nb的添加量设计不同的工艺制度，通过耦合卷曲和退火制度，有效地控制钢中最终的固溶C含量从而保证钢板的烘烤硬化性能和抗室温时效性能。

(3)本发明所涉及的340级合金化热镀锌板在临界区铁素体基上引入取向附生铁素体和弥散分布的析出相，使其屈服强度在220-260MPa之间，抗拉强度340MPa以上，断后延伸率40％以上，塑性应变比r为2.2-2.4，应变硬化指数n为0.25以上，烘烤硬化值BH2为40-60MPa之间。同比340级BH钢和IF钢，具有优异的综合力学性能和抗室温时效性能等，拥有明显的性能优势。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热镀锌；

(1)热轧：

加热温度1250～1280℃，在炉时长>120min，开轧温度1060～1120℃，终轧温度893～924℃，卷取温度400～490℃；热轧卷厚度3～4mm；

(2)冷轧：轧制压下控制在80％～85％；冷轧钢板厚度0.6～0.8mm，

(3)热镀锌：

a)将冷轧钢板加热至865～893℃，等温时间30～60s；之后将钢板以10～16℃/s的冷速缓冷至785～813℃，再以≥30℃/s的冷速降至440～460℃；

b)钢板温度加热至450～460℃后进入锌锅，镀锌过程1～3s，

c)钢板合金化处理，合金化温度为473～530℃，合金化时间为18-23s；最后将钢板冷却至室温。

进一步；在卷取过程中，

当C-Nb/7.736为-5～5ppm时，卷曲温度控制在400～450℃；

当C-Nb/7.736在5～15ppm时，不包括5ppm，卷曲温度控制在450～490℃。

进一步；在所述热镀锌过程中，

当C-Nb/7.736在-5～5ppm时，加热温度控制在880～893℃；

当C-Nb/7.736在5～15ppm时，不包括5ppm，加热温度控制在865～880℃。

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢连铸、热轧及冷轧的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢冷轧退火的主要工艺参数见表3。本发明实施例钢的性能见表4。本发明实施例钢显微组织见表5。

表1本发明实施例钢的成分(wt％)

表2本发明实施例钢连铸、热轧及冷轧的主要工艺参数

实施例	加热温度/℃	开轧温度/℃	终轧温度/℃	卷取温度/℃	冷轧压下量/％
						1	1261	1113	911	424	81
2	1252	1076	904	472	80
						3	1271	1053	896	457	83
4	1243	1108	897	411	85
						5	1278	1098	903	404	82
6	1256	1119	921	482	81
						7	1267	1109	897	427	83
8	1256	1082	912	446	84
						9	1278	1079	908	482	81
10	1269	1074	916	437	82

表3本发明实施例钢冷轧退火的主要工艺参数

表4本发明实施例钢的性能

表5本发明实施例钢显微组织

由上述实施例可见，采用本发明的成分设计及生产工艺，制备出屈服强度为220～260MPa之间，抗拉强度为340MPa以上，断后延伸率为40％以上，塑性应变比r为2.2～2.4，应变硬化指数n为0.25以上，烘烤硬化值BH2为40～60MPa之间，实现了合金化镀锌高强汽车板的高性能指标。

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板，其特征在于，热镀锌板基板成分按重量百分比计如下：C：0.005%～0.007%，Si：0.012%～0.017%，Mn：0.22%～0.34%，P：0.03%~0.05%，Nb：0.04%~0.07%，Ti：0.003%～0.005%，N≤0.003%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述热镀锌板中C-Nb/7.736为-5～15ppm；所述热镀锌板基板显微组织为临界区铁素体、取向附生铁素体、弥散分布的Nb(C,N)和TiN，其中，各项显微组织的体积百分含量为临界区铁素体80%～90%，取向附生铁素体10%～20%；所述热镀锌板屈服强度220～260MPa，抗拉强度340MPa以上，断后延伸率40%以上，塑性应变比r为2.2～2.4，应变硬化指数n为0.25以上，烘烤硬化值BH2为40～60MPa。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板，其特征在于，所述临界区铁素体硬度为160～180HV，取向附生铁素体硬度为190～210HV。

3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板，其特征在于，热镀锌板镀层中铁质量百分比为8%～10%。

4.一种权利要求1-3任一项所述的一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板的制备方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热镀锌；其特征在于：

（1）热轧：

加热温度1250~1280℃，在炉时长>120 min，开轧温度1060~1120℃，终轧温度893~924℃，卷取温度400~490℃；热轧卷厚度3~4mm；

冷轧：轧制压下控制在80%~85%；冷轧钢板厚度0.6~0.8mm，

（3）热镀锌：

a）将冷轧钢板加热至865~893℃，等温时间30~60s；之后将钢板以10~16 ℃/s的冷速缓冷至785~813℃，再以≥30℃/s的冷速降至440~460℃；

b)钢板温度加热至450~460℃后进入锌锅，镀锌过程1~3s，

c)钢板合金化处理，合金化温度为473~530℃，合金化时间为18-23 s；最后将钢板冷却至室温。

5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板的制备方法，其特征在于，所述热轧过程中，

当C-Nb/7.736为-5～5ppm时，卷取温度控制在400~450℃；

当C-Nb/7.736在5～15ppm时，不包括5ppm，卷取温度控制在450~490℃。

6.根据权利要求4所述的一种新能源汽车用340MPa级合金化热镀锌板的制备方法，其特征在于，所述热镀锌过程中，

当C-Nb/7.736在-5～5ppm时，将冷轧钢板加热至880~893℃；

当C-Nb/7.736在5～15ppm时，不包括5ppm，将冷轧钢板加热至865~880℃。