CN102758143A - 一种抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板，所述热镀锌钢板的基板的化学组成重量百分配比为：C：0.08～0.12％；Si：0.50～1.50％；Mn：1.80～2.5％；Cr：0.1～0.8％；Mo：≤0.5％；Nb：0.005～0.05％；Ti：0.005～0.05％；T.Al：0.02～0.05％；P：0.006～0.02％；S：≤0.01％；余量为Fe和其他不可避免的杂质；所述基板的微观组织为铁素体+马氏体，其中马氏体的含量为40～60wt％。相应地，本发明还公开了该热镀锌钢板的制造方法，其采用独特的热镀锌退火工艺，大大提高了热镀锌钢板的强度。
Description
技术领域
本发明属于热镀锌钢板制备技术领域，更确切地说属于超高强热镀锌钢板及其制备方法。
背景技术
高强度热镀锌钢板是一种应用非常广泛的冶金产品，由于其强度高，经常用于汽车制造领域，如用于制造汽车结构件、防撞件等。目前，高强度热镀锌钢板的强度级别有590MPa、780MPa、800MPa、980MPa、1000MPa等。
公开日为2009年2月25日，公开号为EP 2028282A1，名称为“一种双相钢及采用该双相钢制造的钢板及该钢板的制造方法”(Dual-phase steel，flat product made of such dual-phase steel and method for manufacturinga flat product)的欧洲专利文献公开了一种双相钢，该钢中有0.12～0.18％的C，0.2～0.4％的Si，同时也加入少量B，通过热镀锌退火，屈服强度最低可达580MPa，抗拉强度可达1000MPa，延伸率(A80)可达10％。
公开日为2006年10月19日，公开号为JP 2006283071A，名称为“热镀锌高强度钢板的制造方法”(METHOD FOR PRODUCING GALVANNEALED HIGHSTRENGTH STEEL SHEET EXCELLENT IN WORKABILITY)的日本专利文献公开了一种热镀锌双相钢的制造方法，该热镀锌双相钢的化学成分中Si含量较高，利用热镀锌过程中在带钢进锌锅之前在钢板表面闪镀一层薄薄的Ni和Ni-Fe合金层，改善了钢板因合金元素Si、Mn表面富集引起的漏镀现象。
公开日为2006年2月23日，公开号为JP 2006052445A，名称为“制造热浸镀锌高强度钢板的装置”(APPARATUS FOR MANUFACTURING HOT-DIPGALVANIZED HIGH-TENSILE-STRENGTH STEEL SHEET)的日本专利文献公开了一种能兼顾生产TRIP钢和DP钢的带有高速冷却能力的设备，其冷却速度在10～100℃/s，通过采用不同冷却速度可生产出不同种类的先进高强钢。
公开日为2006年6月7日，公开号为CN1782116，名称为“一种800MPa冷轧热镀锌双相钢及其制造方法”的中国专利文献公开了一种无Si合金元素的双相钢，其通过从退火均热温度到锌池锌液温度的平均冷速为5～16℃/s，出锌锅后冷速大于7℃/s，能够得到抗拉强度大于800MPa的低屈强比的双相钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度大于1180MPa级的热镀锌钢板及其制造方法，通过该方法制得的该热镀锌钢板具有超强的抗拉强度，且制造成本低廉，是经济型的超高强钢板。
根据上述发明目的，本发明提供了一种抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板，所述热镀锌钢板的基板的化学组成重量百分配比为：
C：0.08～0.12％
Si：0.50～1.50％
Mn：1.80～2.5％
Cr：0.1～0.8％
Mo：≤0.5％
Nb：0.005～0.05％
Ti：0.005～0.05％
T.Al：0.02～0.05％
P：0.006～0.02％
S：≤0.01％
余量为Fe和其他不可避免的杂质；
所述基板的微观组织为铁素体+马氏体，其中马氏体的含量为40～60wt％。
优选地，所述热镀锌钢板的基板的P：0.006～0.01％，S≤0.006％。
相应地，本发明还提供了该抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板的制造方法，其包括下列步骤：
(1)将原料进行冶炼和精炼，然后铸成基板板坯；
(2)将基板板坯热轧、酸轧；
(3)按照下述步骤进行基板热镀锌退火：
(3a)在预热段采用直火加热的方式将基板加热到500～750℃；
(3b)采用辐射管加热的方式将基板继续加热到均热温度760～840℃，均热然后缓冷(本技术方案中的均热和缓冷工艺均采用的传统工艺)；
(3c)对基板进行冷却速度为40～150℃/s的高氢喷气快冷；
(3d)将基板浸入锌锅中镀锌；
(3e)热镀锌钢板出锌锅后立刻采用气雾冷却快速冷却带钢，冷却速度为20～300℃/s。
优选地，所述步骤(3b)中的均热温度为780～820℃。
优选地，所述步骤(3c)中采用氢气含量为80～90％(体积百分比)的保护气体进行高氢喷气快冷。
优选地，所述步骤(3d)中的锌锅温度为450～465℃。
本技术方案中热镀锌钢板基板的化学组分的设计原理如下：
C是重要的固溶强化元素，是钢板获得高强度的保证。C含量太低时，同一临界退火加热时铁素体和奥氏体两相区内的奥氏体量减少，得到的马氏体量也相应减少，难以保证抗拉强度大于1180MPa，而要保证其强度的话则要添加更多的合金元素，增加了成本；C含量太高时，一方面会降低韧性，另一方面也会影响焊接性。
Si是铁素体固溶强化元素，其能够强烈提高强度，但一般对于热镀锌双相钢来说，Si含量太高时会直接影响基板的可镀性，本发明所述的技术方案通过采用独特的退火工艺，可消除Si元素对可镀性的不良影响，使得可以适当提高热镀锌双相钢中Si元素的含量，相应减少昂贵的Cr和Mo的含量，进一步降低成本，改善延伸率。
Mn可强烈提高钢的淬透性，提高加工硬化性能。对于本技术方案来说，Mn含量过低时，难于形成足够量的马氏体，造成强化效果差，过高时会影响基板的焊接性。
Cr可改善临界退火时过冷奥氏体的淬透性，当钢种中的C含量增加时，可进一步增加马氏体数量，另外，Cr可促进C向奥氏体扩散，同时降低铁素体的屈服强度。但含量过高的Cr将破坏钢的延展性。
Mo是碳化物形成元素，在临界加热区内多数溶解，能非常有效地提高奥氏体的淬透性，有利于获得强韧性匹配的双相钢。Cr、Mo元素均为Si、Mn元素的替代元素，含量过高时，会导致生产成本的增加。
Ti和Nb：Ti是强碳化物形成元素，有明显的析出强化的效果和细化晶粒的效果。Nb的作用与Ti相似，但比Ti更强烈，价格也更高，Nb、Ti元素在双相钢中不是主导元素，含量不宜过高。
Al在双相钢中的主要功能是脱氧剂，不宜过低，但过高时会影响连铸生产。
P是一种价廉的固溶强化元素，对本技术方案而言，适量的P对提高强度是有益的，但过高也会影响焊接性。
S在钢中易形成MnS，引起热脆，同时影响焊接性，所以越少越好。
本发明所述的热镀锌钢板的制造方法的工艺原理具体如下：
热镀锌双相钢与冷轧双相钢在合金成分设计上有不同之处：冷轧双相钢的退火是将奥氏体化的高温带钢直接冷却到Ms点以下，在钢铁材料合金成分设计中主要以添加价廉的Si、Mn合金元素为主，以提高钢的淬透性；而热镀锌双相钢的基板不得不要经过460℃左右的锌液保温进行热镀锌，在这个温度下高强钢基板的过冷奥氏体易发生贝氏体转变，大大减少了用于马氏体相变的过冷奥氏体，所以给热镀锌双相钢的生产带来很大的困难。故在常规热镀锌生产工艺条件下，为了达到强度指标，热镀锌双相钢的基板需要添加足够量的合金元素，以进一步提高基板的淬透性，满足超高强度双相钢的冷却曲线要求，但是热镀锌基板中Si、Mn元素添加量过多时，在退火过程中，易在基板表面形成Si、Mn合金元素的富集，影响热镀锌时基板的浸润性(即降低基板的可镀性)，造成漏镀等热镀锌表面缺陷，这就需要用昂贵的Cr、Mo元素部分替代基板中的Si、Mn元素以消除其在可镀性方面的不良影响。所以在传统的热镀锌退火工艺条件下，热镀锌双相钢的合金元素含量要明显高于冷轧双相钢的合金元素。另外，由于基板中不能无限制地添加大量合金元素，所以热镀锌的最高强度级别也受到限制，目前国内外的热镀锌双相钢板的硬度均低于1000MPa。
本发明所述的热镀锌双相钢板的制备方法，在基板预热阶段(或称为第一段加热段)采用直火加热的方式，是为了快速将基板加热到500～750℃左右，目的是使基板表面产生预氧化(或称为微氧化)，阻碍Si、Mn合金元素在基板表面的富集，然后在后续的均热和冷却过程中、在还原性气氛条件下，还原被微氧化的基板表面，生成润湿性优良的新鲜表面。所以本发明所述的制造方法与常规工艺技术相比，大大改善了高强度热镀锌双相钢板的基板的可镀性，这样在进行钢种的成分设计时，可以增加廉价的Si、Mn合金元素的添加，而减少贵重合金元素(Cr、Mo)的添加，从而实现了显著降低生产成本的目的。
本发明所述的制造方法在均热后的冷却步骤采用了高氢喷气快冷工艺，40～150℃/s的冷却速度能充分避开基板过冷奥氏体的“C”曲线，增强了基板过冷奥氏体组织的稳定性，防止过冷奥氏体在冷却过程中转变成珠光体和贝氏体组织，从而有效地提高了高强钢基板过冷奥氏体的淬透性，使过冷奥氏体在最后的冷却过程中更多地转变成强度和硬度很高的马氏体，使得进一步降低昂贵合金元素的添加成为可能。如果该冷却速度过小，容易产生珠光体相变，降低基板的强度。而常规的制造方法中，该冷却速度只有7～15℃/s，因此只能通过增加基板昂贵合金元素含量来提高高强钢基板的淬透性和强度，而且其提高的效果是有限的。
本发明所述的制造方法在热镀锌钢板出锌锅后立刻采用气雾冷却的方式快速冷却钢板，其冷速在20～300℃/s。一般来说，锌锅内的锌液温度为460℃，带钢出锌锅经气刀喷吹后温度一般在420℃左右，这正是高强钢基板中的过冷奥氏体易发生贝氏体相变的温度区间。本技术方案通过在热镀锌钢板出锌锅后立刻气雾冷却，保证了热镀锌钢板的基板能有效避开其贝氏体转变温度区间，便于基板中的过冷奥氏体快速冷却到Ms点以下，发生期望的马氏体相变，从而显著提高钢板强度。
为了减少镀层表面不产生漏镀缺陷，本发明所述的制造方法在预热段先采用直火加热，直火加热温度范围为500～750℃。如果低于该温度范围，则直火燃烧效果不明显，而如果高于该温度范围会产生过度氧化，影响基板表面质量。直火加热后再用普通辐射管加热方式加热到均热温度，而均热温度是控制热镀锌钢板的性能最为重要的工艺因素，本技术方案中将均热温度控制在760～840℃，由于均热过程是在铁素体和奥氏体两相区完成，因此，如果均热温度太低，会导致碳化物没有完全溶解到奥氏体中，奥氏体数量也少，而且会影响奥氏体的淬透性和基板的延展性，同时造成马氏体数量减少并影响其强度；如果均热温度过高，随着奥氏体的体积分数增加，低C和低合金元素含量的铁素体体积分数减少，必然使得奥氏体中的C含量和合金元素含量下降，也会影响钢的淬透性，冷却后易产生非马氏体组织。本技术方案中将均热温度控制在780～820℃更好。
本发明所述的制造方法通过“直火加热+高氢喷气快冷+镀后气雾快冷”的联合工艺，使得热镀锌钢板的基板中贵重合金元素的添加量大大降低，同时还大大提高了热镀锌钢板的强度，使得该热镀锌钢板的强度能够达到1180MPa以上。此外，其还提高了热镀锌钢板的焊接性能、成形性能和表面质量。
附图说明
图1是本发明所述的热镀锌钢板的制造方法中的热镀锌退火步骤的工艺曲线示意图。
图2是本发明所述的热镀锌钢板的基板在实施例2中的金相组织照片。
图3是本发明所述的热镀锌钢板的基板在实施例5中的金相组织照片。
图4本发明所述的热镀锌钢板在实施例1中的表面质量照片。
具体实施方式
按照下列步骤制造热镀锌钢板，实施例1-5中的各详细工艺参数及做种的产品性能见表2：
(1)将原料进行冶炼和精炼，然后铸成基板板坯；
(2)将基板板坯热轧、酸轧；
(3)按照如图1所示的工艺曲线进行基板热镀锌退火：
在预热段A采用直火加热的方式将基板加热到500～750℃；在加热段B采用辐射管加热的方式将基板继续加热到均热温度760～840℃在均热段C均热，然后在缓冷段D进行缓冷；在冷却段E采用氢气含量为80～90vt％(体积百分比(的保护气体对基板进行冷却速度为40～150℃/s的高氢喷气快冷(表2中采用“1CR”表示)；然后在镀锌段将基板浸入锌锅中镀锌；热镀锌钢板出锌锅后立刻采用超细气雾在出锌锅冷却段G快速冷却热镀锌钢板，冷却速度为20～300℃/s(表2中采用“2CR”表示)。
实施例1-5中的各基板的化学元素组分见表1。
表1.(余量为Fe)
| 实施例 | C | Si | Mn | Cr | Mo | Nb | Ti | T.Al | P | S |
| 1 | 0.12 | 0.50 | 1.99 | 0.50 | 0.20 | 0.005 | 0.030 | 0.021 | 0.0088 | 0.0028 |
| 2 | 0.095 | 0.99 | 2.12 | 0.10 | 0.15 | 0.020 | 0.040 | 0.043 | 0.006 | 0.0017 |
| 3 | 0.095 | 1.48 | 2.45 | 0.45 | 0.24 | 0.014 | 0.050 | 0.036 | 0.0120 | 0.0031 |
| 4 | 0.082 | 0.55 | 1.80 | 0.60 | 0.45 | 0.015 | 0.060 | 0.025 | 0.010 | 0.01 |
| 5 | 0.080 | 0.72 | 1.95 | 0.75 | 0.05 | 0.045 | 0.005 | 0.045 | 0.02 | 0.0050 |
表2.
从上表可以看出，本发明所述的热镀锌钢板抗拉强度可达到1200MPa左右，屈服强度达到800MPa以上，且具有非常好的延展性。
从图2和图3可以看出热镀锌钢板的基板微观组织为马氏体+铁素体。
从图4可以看出，本发明所述的热镀锌双相钢板具有非常好的表面质量。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板，其特征在于，所述热镀锌钢板的基板的化学组成重量百分配比为：
C：0.08～0.12％
Si：0.50～1.50％
Mn：1.80～2.5％
Cr：0.1～0.8％
Mo：≤0.5％
Nb：0.005～0.05％
Ti：0.005～0.05％
T.Al：0.02～0.05％
P：0.006～0.02％
S：≤0.01％
余量为Fe和其他不可避免的杂质；
所述基板的微观组织为铁素体+马氏体，其中马氏体的含量为40～60wt％。
2.如权利要求1所述的抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板，其特征在于：P：0.006～0.01％，S≤0.006％。
3.如权利要求1或2所述的抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将原料进行冶炼和精炼，然后铸成基板板坯；
(2)将基板板坯热轧、酸轧；
(3)按照下述步骤进行基板热镀锌退火：
(3a)在预热段采用直火加热的方式将基板加热到500～750℃；
(3b)采用辐射管加热的方式将基板继续加热到均热温度760～840℃，均热然后缓冷；
(3c)对基板进行冷却速度为40～150℃/s的高氢喷气快冷；
(3d)将基板浸入锌锅中镀锌；
(3e)热镀锌钢板出锌锅后立刻采用气雾冷却快速冷却带钢，冷却速度为20～300℃/s。
4.如权利要求3所述的抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述步骤(3b)中的均热温度为780～820℃。
5.如权利要求4所述的抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述步骤(3c)中采用氢气含量为80～90％(体积百分比)的保护气体进行高氢喷气快冷。
6.如权利要求5所述的抗拉强度大于1180MPa的热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述步骤(3d)中的锌锅温度为450～465℃。
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