CN102953001B - 一种抗拉强度900MPa以上冷轧钢板及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度900MPa以上冷轧钢板及制造方法，其成分重量百分比为：C：0.06～0.095wt％，Si：0.1～0.4wt％，Mn：1.2～1.6wt％，B：0.001～0.004％，P≤0.015wt％，S≤0.004wt％，N：0.003～0.007wt％，Nb：0.01～0.03wt％，Ti：0.03～0.06％，Al：0.015～0.045wt％，Ca：0.002～0.007wt％，余量为Fe和不可避免杂质。本发明通过合理的成分设计和工艺设计，获得抗拉强度900MPa以上的冷弯性能和抗延迟开裂性能优良的冷轧高强度钢，该钢的特点是组织细小均匀，冷弯性能较佳。同时，钢的抗延迟开裂性能优良，使其符合汽车安全件和结构件制造的要求。

Description

一种抗拉强度900MPa以上冷轧钢板及制造方法

技术领域

本发明涉及冷轧钢板及制造方法，特别涉及一种抗拉强度900MPa以上冷轧钢板及制造方法，该钢具有冷弯性能优异，抗延迟开裂性能优良的特点。

背景技术

汽车工业出于减重的需要，要求使用更高强度的钢板。其中，抗拉强度在900MPa及其以上的超高强度钢越来越成为汽车制造业的首选，因为这种强度级别的钢，能有效减轻汽车车身重量，提高安全性。高强钢板在汽车制造过程中，其变形能力主要受裂纹发生和扩展控制，因此，对于局部成形能力要求很高，也即对扩孔率和弯曲性能要求较高。传统的高强钢，往往具有较低的屈强比和较高的延伸率，具备了不错的拉延成形能力，但由于局部成形性不足在制造以弯曲、反复弯曲和扩孔等成形方式为主的高强钢部件时，容易发生冲裂、缩颈等缺陷。高强钢中一般含有较高合金元素，铸造过程中容易发生成分偏析，造成后续的材料由于成分和组织的不均匀，造成局部变形能力下降，即扩孔率和冷弯性差等。另外，钢中均不可避免存在夹杂物，塑性夹杂物在钢的轧制过程中会发生延展，成为微观裂纹源，进一步降低钢的局部成形能力。

高强钢还存在延迟开裂的可能，钢板在成形后一般存在内应力，此时如果受到氢的侵袭，氢聚集在裂纹尖端会造成裂纹的扩展，在内应力的作用下呈现逐步裂纹扩展和最终开裂的“延迟开裂现象”。延迟开裂对应高强钢应用是一个重要的问题，由于延迟开裂不容易发现，在零件使用过程中逐步发生，可能造成一系列事关安全的问题。

日本专利特开平11-350038公开一种延性和成形性好的980MPa的钢，其成分设计为，C：0.1-0.15％，Si：0.8-1.5％，Mn：1.5-2.0％，P：0.01-0.05％，S≤0.005％，Sol Al：0.01-0.07％，N：≤0.01％，Nb：0.001-0.02％，V：0.001-0.02％，Ti：0.001-0.02％中的一种或以上。碳当量＝(C+Mn/6+Si/24)＝0.4-0.52，在Ar3以上热轧，500-650℃卷取，在Ac1-AC3之间保温，冷却到580-720℃，快冷到室温后，在230-300℃过时效。

日本专利昭63-38526介绍一种弯曲性能优良的高强度钢板及其制造方法，C：0.1-0.2％，Si≤0.7％，Mn：1.5-2.5％，S≤0.008％，Al：≤0.1％，Ti：0.05-0.15％，或加Ca：0.005％。通过850-950℃终轧，500-650℃卷取，在再结晶温度以上930℃以下退火，3-200℃/s冷却，然后保温2-10分钟，保温温度控制在1100℃～退火温度和1200℃～退火温度之间，最终得到100kg的高强钢，弯曲半径可以达到0.5～1mm。典型冷却速度70℃/s。

以上专利的成分特点是含碳量在0.1％以上，并且含锰量较高。当含碳量高于0.1％时，凝固过程中容易出现柱状晶快速生长的情况，并且柱状晶之间的空隙较大，溶质富集的钢水容易流入到柱状晶间隙，造成偏析的加剧，加之Mn含量较高，偏析程度高且难以消除，因此对于组织、性能的均匀性和冷弯性能均不利，微观上容易导致性能波动和不均匀，纵向弯曲性能不理想，各向异性大，并且抗延迟开裂的性能不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度900MPa以上冷轧钢板及制造方法，通过合理的成分设计和工艺设计，获得抗拉强度900MPa以上的冷弯性能和抗延迟开裂性能优良的冷轧高强度钢，该钢的特点是组织细小均匀，冷弯性能优异；同时，钢的抗延迟开裂性能优良，使其符合汽车安全件和结构件制造的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明钢针对高强度钢对局部成形性要求较高的问题，通过适当的成分设计和工艺设计，在正常的工序条件下，就能得到优良综合力学性能。具体措施是，通过碳、硅、锰、硼、钛、氮、Ca的合理设计，获得理想的组织和碳化物分布，降低偏析倾向，获得理想的组织均匀性。选择较低的含碳量范围，从而控制钢的凝固过程，减小浇铸过程中柱状晶的过分生长，降低C、Mn、S、P在钢中的偏析，从而减轻带状组织；选择较低的Si含量，有利于减少钢板表面红锈等缺陷，采用较低的锰含量，一方面降低了热轧、冷轧工序的加工应力，同时有利于避免难以消除的严重偏析，为了弥补Mn含量低的不足，添加一定的B元素以保证淬透性，B是间隙元素，具有较好的扩散性，其偏析较容易消除或改善。整个成分控制以减少偏析，降低带状组织为主要思路。控制氮的含量水平在较高的范围内，同时加入超过化学计量比的Ti，保证生成足够的TiN，做为氢入侵的陷阱，避免氢聚集在微裂纹尖端，减轻氢致延迟开裂。低S设计，加Ca改善夹杂物形状，改善夹杂物对冷弯性能的不良影响。同时高出化学计量比的Ti以TiC的形式析出，有利于细化组织，改善组织均匀性。热轧工艺采用了较高终轧温度和正常偏低的卷取温度，既能保证组织均匀，又能细化晶粒；退火时不能较高的的退火保温温度，和充分的包温时间，以尽量实现成分均匀，避免带状形成，同时冷却到700℃以上就就以高速却到200℃以下，以避免扩散性偏析，同时获得均匀细化的组织。最终产品碳当量低、表面质量高，同时拥有好的冷弯性能和抗延迟开裂性能。

具体地，本发明的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板，其成分重量百分比为：

C：0.06～0.095wt％，

Si：0.1～0.4wt％，

Mn：1.2～1.6wt％，

B：0.001～0.004％，

P：≤0.015wt％，

S：≤0.004wt％，

N：0.003～0.007wt％，

Nb：0.01～0.03wt％，

Ti：0.03～0.06％，

Al：0.015～0.045wt％，

Ca：0.002～0.007wt％，

余量为Fe和不可避免杂质。

优选地，其成分重量百分比为：C：0.07～0.09wt％，Si：0.15～0.35wt％，Mn：1.2～1.6wt％，B：0.002～0.004％，P：≤0.01wt％，S：≤0.002wt％，N：0.0035～0.0055wt％，Nb：0.01～0.03wt％，Ti：0.035～0.05％，Al：0.02～0.04wt％，Ca：0.003～0.006wt％。

在本发明钢的成分设计中：

C：影响马氏体的硬度和含量，对强度影响很大。含碳量高对焊接性不利同时浇铸过程中柱状晶易长大，造成晶间偏析。本发明选择含碳量在0.06-0.095wt％之间，可以有效避免柱状晶的过度生长，含碳量如果低于0.06％，强度不够；如果高于0.095％，柱状晶发达，不易形成等轴状铁素体晶粒。

Si：在钢中起到提高延伸率的作用。Si对钢的组织影响也很大。Si容易在表面富集形成氧化膜。Si的控制范围是0.1-0.4％，如果高于0.4％，容易影响表面质量。

Mn：可提高钢的淬透性，有效提高钢的强度，Mn在钢中偏析，在热轧过程中容易被轧制成成带状分布的Mn富集区，形成带状组织，不利于冷弯性能。选取Mn的含量为1.2-1.6％，配合低碳设计，大大改善带状组织的发生。

B：可提高钢的淬透性，有效提高钢的强度；在不加Mo的情况下，加B 0.002-0.004％，低于0.002％的B，强度不够，高于0.004％的B强度偏高。

P：在钢中为杂质元素，要求≤0.015wt％。

S：在钢中为杂质元素，形成MnS严重影响扩孔率，要求≤0.004％。

Al：在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，要求Al：0.015-0.045wt％。

N：在钢中和Ti反应生成TiN，TiN可以做为氢陷阱，形成一定量后对改善氢致延迟开裂有好处，要求0.003-0.007wt％。过低TiN析出少改善延迟开裂的作用不明显，过高对冷弯不利。

Ti：0.02-0.045％，起到固定氮元素和细化晶粒的作用。

Nb：为析出强化元素，起到调节强度的作用，要求分布在0.01-0.03wt％之间。

Ca：对MnS改性，使之形成分散和短的夹杂物，有利于改善冷弯性能。Ca的添加量应保证Ca/S≥1.5。

本发明成分设计为多种元素的复合作用共同产生有益的效果。在提高冷弯性能方面，通过低碳设计，辅以锰、硼的复合添加，以及Ca处理和微合金细化晶粒。采用较低的碳，并且采用合理的连铸冷却工艺，可以减小浇铸过程中柱状晶的生长，最终获得块状铁素体+弥散分布的碳化物的铸造组织。由于碳化物成弥散分布的小颗粒分布在铁素体基体上，因此有效减轻了C、Mn在钢中的偏析，从而减轻带状组织；可以避免形成连续分布的带状马氏体组织。在淬硬性元素方面，采用较低的锰含量，辅以扩散性较好的B，有利于减轻偏析和消除难以消除的严重偏析。采用低S设计，加Ca改善夹杂物形状。减轻了夹杂物对冷弯性能的不良影响。

在延迟开裂性能的改进方面，一方面采用低碳设计，可以降低形成的马氏体的硬度，通过提高马氏体量来提高钢的强度，较软的马氏体对裂纹扩展的抑止作用较好。同时，由于钢的偏析较轻微，钢中富碳和富Mn的成分偏析区较少，不会形成高硬度的马氏体相，因此，进一步提高了钢的抗延迟开裂性能。同时加入超过化学计量比的Ti，保证生成足够的TiN，做为氢入侵的陷阱，避免氢聚集在微裂纹尖端，减轻氢致延迟开裂。同时高出化学计量比的Ti以TiC的形式析出，有利于细化组织，改善组织均匀性。

本发明的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼，按上述成分冶炼，深脱S，转炉加精炼，将S控制在0.004％以下，减少MnS夹杂；

2)连铸，0.9～1.4米/分的连铸拉速，有助于夹杂物上浮和减小偏析；

3)热轧，加热至1200～1280℃后热轧，终轧温度840～940℃，轧后快速冷却，冷却速度15～40℃/s，冷却到500～620℃之间卷取；

4)冷轧，40～65％压下率；

5)退火，830～860℃保温，保温60～200s；5～10℃/s冷却到700～750℃之间，以水冷的方式冷却到300℃以下，然后在200～300℃回火100～400s后，再经过0.1～0.3％平整。

进一步，所述的连铸拉速为1～1.2米/分。

又，所述的热轧步骤中，加热至1220～1260℃，终轧温度860～920℃，轧后均匀快速冷却，冷却速度20～40℃/s，冷却到520～600℃之间卷取。

另外，所述的退火工艺中，保温温度840～860℃，保温80～100s；5～10℃/s冷却到720～750℃之间，以水冷的方式冷却到200℃以下，然后经过200～300℃回火100～400s后，再经过0.1～0.3％平整。

本发明的有益效果：

本发明钢的特点主要针对冷弯性能的提高和抗延迟开裂性能的改善两个方面。通过低碳设计，辅以锰、硼的复合添加，以及Ca处理和微合金细化晶粒，并有效减轻了C、Mn在钢中的偏析，减轻带状组织，同时夹杂物形状得到改善，从而改善了钢的冷弯性能。

另外，通过采用低碳设计，可以降低形成的马氏体的硬度，较软的马氏体对裂纹扩展的抑止作用较好。同时，由于钢的偏析较轻微，不会形成极高硬度的马氏体相，因此，对提高抗延迟开裂性能有利。同时加入超过化学计量比的Ti，保证生成足够的TiN，做为氢入侵的陷阱，避免氢聚集在微裂纹尖端，减轻氢致延迟开裂。

此外，本发明热轧工艺采用了较高终轧温度和较低的卷取温度，既能保证组织均匀，又能细化晶粒；退火时用较高的的退火保温温度，和充分的保温时间，以尽量实现成分均匀，避免带状形成。本发明钢的组织中马氏体分布均匀，带状组织轻微，夹杂物数量少且分布均匀；按照本发明可以制造出强度900MPa以上的高强钢，冷弯性能好，抗延迟开裂性能优良，同时，碳当量低，有利于焊接，表面质量好。本发明的高强度钢性能均衡稳定，能很好地适应汽车零部件制造的需要。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

表1为本发明钢实施例的化学成分。表2为本发明钢的工艺。表3为本发明钢经冶炼、热轧、冷轧、退火和平整后得到的性能强度。从表3可以看出，按照本发明可以制造出强度900MPa以上的高强度双相钢，其冷弯性能良好。采用U弯测试其延迟开裂特性，试样尺寸为150mm×20mm的矩形试样U弯直径为80mm，将试样弯成U型，并用螺栓固定。配制5％的HCl溶液，在室温下将试样浸入溶液，记录试样裂纹起裂时间和断裂时间。

对比钢1取自市售常规1000MPa高强钢，对比钢2为强度为600MPa的没有延迟开裂倾向的钢。对比钢1能够基本满足使用要求，可能存在延迟开裂的倾向；而对比钢2强度低，没有延迟开裂倾向，选取做为对比本发明的延迟开裂特性。可以看到本发明钢在延迟开裂模拟测试的表现明显优于对比钢1，达到了和对比钢2同等的水平，表明本发明相对于同强度级别的高强钢，其延迟开裂特性有较大改善，接近了没有延迟开裂倾向的低强度级别钢种。

表1                           单位：wt％

表2

表3

Claims (6)

1.一种抗拉强度900MPa以上冷轧钢板，其成分重量百分比为：

C：0.06～0.095wt％，

Si：0.1～0.4wt％，

Mn：1.2～1.6wt％，

B：0.001～0.004％，

P：≤0.015wt％，

S：≤0.004wt％，

N：0.003～0.007wt％，

Nb：0.01～0.03wt％，

Ti：0.03～0.06％，

Al：0.015～0.045wt％，

Ca：0.002～0.007wt％，

余量为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板，其特征是，其成分重量百分比优选为C：0.07～0.09wt％，Si：0.15～0.35wt％，Mn：1.2～1.6wt％，B：0.002～0.004％，P：≤0.01wt％，S：≤0.002wt％，N：0.0035～0.0055wt％，Nb：0.01～0.03wt％，Ti：0.035～0.05％，Al：0.02～0.04wt％，Ca：0.003～0.006wt％。

3.如权利要求1或2所述的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼，按上述成分冶炼，深脱S，转炉加精炼，将S控制在0.004％以下，减少MnS夹杂；

2)连铸，0.9～1.4米/分的连铸拉速，有助于夹杂物上浮和减小偏析；

3)热轧，加热至1200～1280℃后热轧，终轧温度840～940℃，轧后快速冷却，冷却速度15～40℃/s，冷却到500～620℃之间卷取；

4)冷轧，40～65％压下率；

5)退火，830～860℃保温，保温60～200s；5～10℃/s冷却到700～750℃之间，以水冷的方式冷却到300℃以下，然后在200～300℃回火100～400s后，再经过0.1～0.3％平整。

4.如权利要求3所述的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板的制造方法，其特征是，所述的连铸拉速为1～1.2米/分。

5.如权利要求3所述的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板的制造方法，其特征是，所述的热轧步骤中，加热至1220～1260℃，终轧温度860～920℃，轧后均匀快速冷却，冷却速度20～40℃/s，冷却到520～600℃之间卷取。

6.如权利要求3所述的抗拉强度900MPa以上冷轧钢板的制造方法，其特征是，所述的退火工艺中，保温温度840～860℃，保温80～100s；5～10℃/s冷却到720～750℃之间，以水冷的方式冷却到200℃以下，然后经过200～300℃回火100～400s后，再经过0.1～0.3％平整。