CN102409235A - 高强度冷轧相变诱导塑性钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度冷轧相变诱导塑性钢板及其制造方法，其成分：C：0.1％～0.5％、Si：0.1％～0.6％、Mn：0.5％～2.5％、P：0.02％～0.12％、S≤0.02％、Al：0.02％～0.5％、N≤0.01％、Cu：0.1％～1.0％，其余为Fe。其加工方法为：(a)冶炼满足成分条件的钢水，浇铸成坯；(b)轧制：加热温度1100～1250℃，保温时间1～4h，开轧温度1100℃，终轧温度750～900℃，卷取温度＜700℃；热轧板厚2～4mm；冷轧累积压下量40％～80％；(c)连续退火：退火温度700～Ac3+50℃，保温时间30～360s，冷却速率10～150℃/s，时效温度250～600℃，时效时间30～1200s，再以5～100℃/s的冷却速率冷却至室温。本发明钢板屈服强度为380～1000MPa，抗拉强度为680～1280MPa，延伸率为15～30％。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金产品技术领域，尤其涉及一种高强度冷轧相变诱导塑性钢板及其制备方法。
背景技术
随着人们对汽车安全、环保、节能、减重的要求不断提高，先进高强钢在汽车上的应用不断增加。TRIP(相变诱导塑性)钢，作为先进高强钢的重要一员，以其具有的高强度、高塑性和高冲击性等综合性能，吸引了各大汽车厂商和钢铁企业的普遍关注。
传统的TRIP钢大多采用高Si的成分设计，其典型成分为0.2％C-1.5％Si-1.5％Mn，该成分体系具有强度高、塑性好、易于生产的特点。不足之处在于：由于硅含量过高，导致产品表面质量变差，难以涂镀和焊接。
De Cooman等人提出了以Al代Si的设计思路，采用C-Mn-Al成分体系生产TRIP钢，其典型成分为0.2％C-1.2％Al-1.5％Mn，该成分体系解决了产品表面质量和涂镀的问题。其不足之处在于：Al含量过高导致连铸生产过程中水口堵塞，难以连续生产，同时，由于Al缺乏固溶强化的作用，导致TRIP钢的强度偏低。
专利200810037740.7提出了一种低Si无Al的TRIP钢成分设计体系，通过加入少量的P元素，结合低Si的作用，得到具有良好强度、塑性、焊接性能和涂镀性能的TRIP钢。其不足之处在于：钢中未添加能够起到强化作用的合金元素，导致其最大抗拉强度低于700MPa。
专利200810119824.5提出了一种高强度冷轧TRIP钢的生产方法，该方法通过添加Nb、V、Ti、Cu、Ni等合金元素进行强化，最大抗拉强度达到1000MPa。其不足之处在于：由于采用高Si的成分设计，难以解决表面质量和涂镀的难题。
专利200810119818.X提出了一种高强度热镀锌TRIP钢的生产方法，该方法采用高Al的成分设计体系，通过添加Nb、V、Ti、Cu、Ni等合金元素进行强化，最大抗拉强度达到800MPa以上。其不足之处在于，过高的Al含量导致连铸生产困难；同时，为了提高钢板的强度，需要大量添加合金元素，导致成本上升。
发明内容
本发明的目的在于客服上述现有技术所存在的不足，提供一种高强度冷轧相变诱导塑性钢板及其制备方法。
本发明是这样实现的：
该高强度冷轧相变诱导塑性钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.1％～0.5％、Si：0.1％～0.6％、Mn：0.5％～2.5％、P：0.02％～0.12％、S≤0.02％、Al：0.02％～0.5％、N≤0.01％、Cu：0.1％～1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明高强度冷轧相变诱导塑性钢板所述化学成分中还可以含有Ni：0.1％～1.0％、Nb：0.005％～0.5％、V：0.005％～0.5％、Ti：0.005％～0.5％、Cr：0.005％～2％、Mo：0.005％～1％、B：0.0002％～0.1％、Mg：0.0005％～0.01％、REM：0.0005％～0.01％、Ca：0.0005％～0.01％中的一种或两种以上元素。
本发明所述钢板的显微组织中铁素体以面积率计为10％～80％，残余奥氏体以体积率计为3％～20％，马氏体以面积率计为1％～～20％，剩余部分为贝氏体。
下面对本发明化学成分的限定进行说明：
C：用于钢的强化以及提高残余奥氏体稳定性的重要元素，是生产TRIP钢不可或缺的元素。为了得到抗拉强度大于680MPa的TRIP钢，C含量在0.1％以上是必要的。同时，如果C含量过多，容易导致成形性能和焊接性能下降，因此0.5％是其上限。
Si：是对提高TRIP钢的强度和延伸率有利的元素。Si元素的添加可以抑制渗碳体的析出，同时起到固溶强化的作用。因此Si元素的下限为0.1％。然而，如果Si元素含量过高将导致TRIP钢的表面质量、涂镀性能和焊接性能的下降，因此上限确定为0.6％。
Mn：是对提高TRIP钢的强度和保持奥氏体稳定性有利的元素。在低于0.5％时，强度不能够满足要求。在超过2.5％时，将导致加工性能的恶化，因此上限为2.5％，下限为0.5％。
P：是对提高TRIP钢的强度和保持奥氏体稳定性有利的元素。在低于0.02％时，强度不能够满足要求。在超过0.12％时，将导致P元素在晶界上的偏析进而恶化其加工性能，因此上限为0.12％，下限为0.2％。
S：以Mn等硫化物系夹杂物形式残留，因此是有害元素。特别是钢板的强度越高，影响越大，在抗拉强度大于680MPa时，其含量必须控制在0.02％以下。
Al：是钢中必须的脱氧元素，当Al元素含量低于0.02％时，起不到脱氧效果，当Al含量高于0.5％时，将导致氧化铝等夹杂物增加，影响产品的加工性能和表面质量。
N：超过0.01％时，将导致钢板的时效性和加工性能变差，因此其上限为0.01％。
Cu：主要作用是通过析出强化和细晶强化来提高钢板的强度，当含量低于0.1％时，效果不大；当含量大于1.0％时，会导致钢板的加工性能恶化。因此其上限为1.0％，下限为0.1％。
Ni：主要作用是改善Cu添加导致的塑性恶化。当Cu含量小于0.3％时，可以不添加Ni；当Cu含量在0.3～1.0％之间时，添加Ni量要大于0.5×％Cu(Cu的百分含量)。
Nb：主要作用是细化晶粒和析出强化的作用，同时改善焊接性能。过低起不到强化作用，过高导致钢板的加工性能变差。因此确定为在0.005～0.5％范围内。
V：主要起到析出强化和改善焊接性能的作用。过低起不到强化作用，过高导致钢板的加工性能变差。因此确定为在0.005～0.5％范围内。
Ti：主要作用是细化晶粒和析出强化的作用，同时改善焊接性能。过低起不到强化作用，过高导致钢板的加工性能变差。因此确定为在0.005～0.5％范围内。
Cr：可以作为一种强化元素，低于0.005％时没有效果，当高于2％时导致塑性变差。因此确定区间范围为：0.005～2％。
Mo：有利于提高强度和淬透性，有利于形成贝氏体组织。低于0.005％时效果不明显，当高于1％时，效果饱和，同时导致成本上升。
B：可以提高钢的淬透性和焊接性能。为了发挥其效果，0.0002％以上的添加是必要的。另一方面，过剩添加将导致母材的加工性能降低，引起钢的脆化和热加工性能降低，因此上限为0.1％。
Mg：通过添加Mg，与氧结合形成MgO或其它含有MgO的复合氧化物，这些氧化物细小弥散分布在钢板中，有利于提高钢板的成形性能。低于0.0005％，效果不明显；高于0.01％，则效果饱和，并且导致钢中纯净度恶化，降低钢板的成形性能。因此Mg的添加区间为0.0005～0.01％。
REM：通常认为，REM的添加可以形成细小弥散分布的氧化物，有利于提高钢板的成形性能。REM含量过低起不到效果，过高则导致钢板成形性能下降，因此REM添加区间为0.0005～0.01％。
Ca：通过使硫化物球化来提高钢板的成形性能。低于0.0005％时效果不明显，当高于0.01％时导致夹杂物增加，使钢板成形性能恶化。
本发明高强度冷轧相变诱导塑性钢板的制造方法包括：
(1)冶炼、连铸工序
冶炼、连铸工序采用通常的方法生产出满足成分要求的钢水，经连铸机得到连铸坯。
(2)轧制工序
轧制工序要求连铸坯加热温度为1100～1250℃，保温时间为1～4h，开轧温度为1100℃，终轧温度为750～900℃，卷取温度＜700℃，最终得到热轧板厚度为2～4mm；冷轧累积压下率为40％～80％，得到冷轧板。
(3)连续退火工序
退火温度为700～Ac3+50℃，退火温度对于得到本发明高强度钢板尤为重要，当温度低于700℃时，不能进行充分的再结晶，难以得到具有良好性能的钢板。当温度超过Ac3+50℃时，奥氏体晶粒粗大化，难以得到所要的组织；
保温时间为30～360s，保温时间过短将导致渗碳体无法溶解，过长将导致晶粒粗大；
冷却速率为10～150℃/s，当冷却速率低于10℃/s时，钢板中会出现珠光体，降低钢板的性能；当冷却速率大于150℃/s时，会导致钢板板形不好，生产成本上升，并且速率太快，导致无法形成铁素体组织；
时效温度为250～600℃，如果低于250℃，将形成大量的马氏体，无法得到本发明的钢板；如果高于600℃，将导致形成珠光体，降低钢板的强度和延伸率；
时效时间为30～1200s，如果低于0.5分钟，无法形成贝氏体+残余奥氏体组织。如果时间超过20分钟，则反应已经完成，不会起到提高钢板性能的效果；
再以5～100℃/s的冷却速率冷却至室温，即可得到该高强度冷轧相变诱导塑性钢板。
本发明采用低Si的成分设计，解决了TRIP钢表面质量的问题；低Al的成分设计，解决了TRIP钢连铸过程水口堵塞的问题；通过P元素适量添加结合工艺控制，(1)解决了低Si和含Al的TRIP钢强度偏低的问题；(2)提高了残余奥氏体的稳定性，增加了TRIP钢的延伸率；(3)通过P元素含量和工艺的控制，解决了P元素在晶界上偏析导致的低温脆性的问题；通过Cu和Ni元素的添加，提高了TRIP钢的强度；通过Nb、V、Ti、Cr、Mo、B、REM、Mg、Ca等元素的添加，进一步提高了钢板的质量和性能。根据成分和工艺的不同，本发明钢板的屈服强度在380～1000MPa之间，抗拉强度在680～1280MPa之间，延伸率在15～30％之间。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
以下列举实施例更具体说明本发明。但是本发明不受下述实施例的限制，也可以在符合所述的范围内进行适当的改变而实施，这均包含于本发明的保护范围。
表1为本发明实施例钢的化学成分(余量为铁及不可避免的杂质)。在得到连铸坯后，实施热轧。在热轧时，以1250℃加热2小时后进行热轧，终轧温度880℃，卷取温度为650℃，空冷到室温，得到板厚为3.5mm的热轧板。再进行冷轧，冷轧板厚度为1.5mm。最后，按表2所示的条件进行连续退火工序。钢板的性能检测结果见表3。
表2本发明实施例钢板的连续退火工艺
表3本发明实施例钢板热处理后机械性能及表面涂锌性能检测结果
Claims (4)
1.一种高强度冷轧相变诱导塑性钢板，其特征在于该钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.1％～0.5％、Si：0.1％～0.6％、Mn：0.5％～2.5％、P：0.02％～0.12％、S≤0.02％、Al：0.02％～0.5％、N≤0.01％、Cu：0.1％～1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度冷轧相变诱导塑性钢板，其特征在于所述化学成分中还含有Ni：0.1％～1.0％、Nb：0.005％～0.5％、V：0.005％～0.5％、Ti：0.005％～0.5％、Cr：0.005％～2％、Mo：0.005％～1％、B：0.0002％～0.1％、Mg：0.0005％～0.01％、REM：0.0005％～0.01％、Ca：0.0005％～0.01％中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1或2所述的高强度冷轧相变诱导塑性钢板，其特征在于该钢板的显微组织中铁素体以面积率计为10％～80％，残余奥氏体以体积率计为3％～20％，马氏体以面积率计为1％～～20％，剩余部分为贝氏体。
4.一种权利要求1、2或3所述高强度冷轧相变诱导塑性钢板的制备方法，其特征在于：(a)冶炼满足成分条件的钢水，浇铸成连铸坯；(b)轧制：热轧加热温度1100～1250℃，保温时间为1～4h，开轧温度1100℃，终轧温度750～900℃，卷取温度＜700℃；热轧板厚度为2～4mm；冷轧累积压下量40％～80％；(c)连续退火：退火温度700～Ac3+50℃，保温时间30～360s，冷却速率10～150℃/s，时效温度250～600℃，时效时间30～1200s，再以5～100℃/s的冷却速率冷却至室温。
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