CN107400834A - 一种扩孔性能良好的热轧复相钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种扩孔性能良好的热轧复相钢板及其生产方法。钢中化学成分按质量百分比为：C：0.03％～0.12％、Si：0.1％～0.7％、Mn：1.2％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.25％～0.70％、V：0.05％～0.25％、Ti：0.06％～0.16％、Als：0.015％～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢坯加热至1170～1270℃，进行多道次轧制，中间坯厚度为40mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～920℃，轧后冷却分为三个段：Ⅰ段：冷速为15～25℃/s、冷却至650～700℃；Ⅱ段：空冷：时间为3～8s；Ⅲ段：以不小于30℃/s冷却速度冷至卷取温度400～550℃，之后空冷至室温。钢板用于汽车制造领域。
Description
技术领域
本发明属于汽车用钢材制造技术领域，特别涉及一种采用控制轧制和控制冷却方式生产扩孔性能良好的铁素体/贝氏体复相钢及其生产方法。
背景技术
先进高强和超高强钢的研发和应用是实现汽车轻量化的有效手段，符合新一代汽车节能、降耗、环保和安全的发展趋势，是未来材料技术发展的主导方向。先进高强钢通过合理的化学成分设计和控冷控制手段，综合利用相变强化、细晶强化和析出强化等强化手段的综合应用，其强度可达到500～1600MPa，在汽车制造应用中，均具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能等优点。但与强度提高相伴的往往是加工性能的恶化，高强钢的加工方式以弯曲加工和延伸凸缘加工为主，这要求汽车用钢具备尽可能高的扩孔性能。
公开号CN101928881A的发明专利申请公开了一种抗拉强度为590MPa级热轧高扩孔钢板及其制造工艺。该发明钢种的化学成分为：C：0.02％～0.10％、Si：0～1.6％、Mn：0.8％～2.0％、P<0.035％、S<0.010％、Al：0.025％～0.060％，N≤0.0060％、Nb 0～0.10％、Ti：0～0.04％，Ca:0～0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质，热轧后采用分段冷却模式。该发明通过调整钢种的化学成分，并采用热轧后进行分段冷却的控轧控冷工艺得到扩孔率>75％的高扩孔钢。但该发明抗拉强度级别仅为590MPa，强度级别较低。
公开号CN103602895A的发明专利公开了一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.02％～0.1％、Si：0.5％～1.5％、Mn：1.5％～2.2％、P≤0.02％、S≤0.003％、Al：0.020％～0.060％，N≤0.005％，Nb：0.02％～0.06％，Ti：0.05％～0.15％、Ca＜0.0050％，Mg：0～0.005％，该发明采用低碳含Si、Mn、Nb、Ti、的化学成分，采用控制钢质纯净度和细晶强化的方法，得到抗拉强度级别为780MPa的铁素体单相组织的高强度高扩孔钢板，但扩孔率较低仅为50％左右。
公开号CN102676926A的发明专利公开了一种复相钢板及其制造方法。钢板主要成分以重量百分比计，包含：C：0.13％～0.17％、Si：0.60％～1.00％、Mn：1.50％～1.80％、P≤0.015％、S≤0.005％、Al：0.015％～0.040％、Ti：0.01％～0.02％、Nb：0.02％～0.04％、N≤0.006％、O≤0.004％，该发明采用合金元素Si、Mn和少量Nb，通过严格控制冷却过程中的冷却速度和冷却时间，获得贝氏体+马氏体(可能含有少量铁素体)复相组织，使得钢的屈强比较低、成型性较好。获得的1.8～6mm厚钢板屈服强度≥625MPa，抗拉强度≥900MPa，延伸率A80mm≥10％。但该公开的专利中并未提及相关扩孔性能指标。
公开号CN103380217A的发明专利公开了由复相钢制成的热轧钢板产品及其制造方法。其化学成分重量百分比为C：0.13％～0.2％、Mn：1.8％～2.5％、Si：0.70％～1.3％、Al：0.01％～0.1％、P：不高于0.1％、S：不高于0.01％、Cr：0.25％～0.70％、可选择Mo：对此Cr和Mo含量总计为0.25％～0.7％、Ti：0.08％～0.2％和B：0.0005％～0.005％，该复相钢由体积分数分别为<10％的奥氏体、10％～60％的马氏体、<30％的铁素体和>10％的贝氏体的各项组织构成，抗拉强度≥1100MPa，具有良好延展性能和良好变形能力。但该专利中也未提供相关扩孔性能指标。
公开号CN103667948A的发明专利公开了一种复相钢及其制备方法。钢中含有C：0.06％～0.10％，Si：0.61％～1.1％，Mn：0.80％～1.80％，P：0.03％～0.049％，S≤0.005％，Al：0.02％～0.05％，Ti：0.02％～0.04％，Cr：0.2％～1.2％，O≤0.003％，N≤0.005％，采用C-Si-Mn合金体系中添加少量Cr、Ti元素的化学成分设计，通过相变强化和细晶强化，获得了屈服强度430～590MPa、抗拉强度600～700MPa、延伸率20％～35％、扩孔率80％以上的复相钢组织。其组织特点为以多边形铁素体为主，弥散分布一定量的贝氏体组织和马氏体。该发明由于Cr、Ti元素的加入实现了贝氏体和马氏体组织在较高卷取温度下的转变，在实际生产中较易控制，但是该发明的强度级别较低。
本发明通过添加含量为0.05％～0.25％的钒元素和0.06％～0.16％的钛元素，实现了复相钢中铁素体组织的细晶强化，并通过V(C,N)和Ti(C,N)的析出强化，减小了组织内部不同组成相之间的强塑性差异，避免了铁素体基体与贝氏体相之间力学性能的差别，从而防止了在扩孔加工构件时，由于软相率先发生裂纹，得到极低的扩孔性能情况，改善了该钢种的扩孔性能。本发明较其他复相钢的扩孔性能更优良，对于厚度为2～6mm的钢板，抗拉强度在800MPa以上，扩孔率≥75％。本发明钢材具备细化的多边形铁素体组织(60％～70％)、贝氏体组织(25％～39％)以及极少量马氏体组织(不多于5％)，使材料在高强度的同时，具有良好的扩孔性能。根据本发明生产的钢材由于兼具了高强度和良好的延伸凸缘性，所以在制造加工成型性要求严格，强度级别高的高负载型的汽车车身零部件时具有独特优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种强度为800MPa扩孔性能良好的复相钢热轧板及其生产方法。该钢种不仅具有高强度，并且具有良好的成型性，扩孔率≥75％，适合制造汽车结构件、加强件、安全件等构件，如保险杠、B柱加强件。为达到此目的，本发明提出在C-Si-Mn合金元素基础上添加Cr、Ti、V元素，通过相变强化和析出强化，一方面提高钢种强度，另一方面通过析出强化减小两相之间强度差，从而提高该钢种的扩孔性能。
具体的技术方案是：
复相钢热轧板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.03％～0.12％、Si：0.1％～0.7％、Mn：1.2％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.25％～0.70％、V：0.05％～0.25％、Ti：0.06％～0.16％、Als：0.015％～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
采用上述成分设计的理由为：
碳：适当的碳含量可以确保钢板具有足够强度。碳含量过低，容易出现先析铁素体，不利于获得高强度的贝氏体和马氏体复相组织。而C含量过高，则容易形成珠光体组织，阻碍贝氏体组织的形成。对于本发明的抗拉强度800MPa强度级别复相钢板而言，将碳含量控制在0.03％～0.12％。
硅：在本发明中主要用于强度的提高。它是铁素体形成元素，溶入铁素体中起到固溶强化作用。同时它具有强石墨化作用，加速碳向奥氏体的偏聚，促进空冷过程中无碳贝氏体和粒状贝氏体的形成。但硅含量过高，会导致轧后钢板表面出现红色氧化铁皮，恶化表面质量。损害钢种的焊接性能和涂覆性能，因此本发明将硅含量控制在0.1％～0.7％。
锰：是奥氏体稳定元素，其能力仅次于镍元素。锰元素可以使钢的C曲线向右推移，强烈增加淬透性，降低贝氏体和马氏体形成的临界冷速，利于得到贝氏体或者马氏体组织，在实际生产中可以降低轧后分段冷却中第一段水冷的冷却速度，降低对设备能力的要求。但锰具有较高的偏析倾向，所以其含量不能太高，一般低碳微合金钢中锰含量不超过2.5％，考虑到钢种的强度级别，综合考虑本发明将锰含量控制在1.2％～2.2％。
铬：是碳化物形成元素，可推迟珠光体转变。其含量大于0.25％时可阻碍铁素体和珠光体形成，显著提高钢的淬透性。从而有利于贝氏体组织的形成，并细化组织，起到强化效果。铬含量过高，会使材料的加工、成型性变差。含铬量的选择原则是促进贝氏体的形成，并避免过多马氏体组织的形成对延伸率产生不利影响，因此本发明的铬含量的选择在0.25％～0.70％。
钒：该元素的加入可进一步细化形成贝氏体钢的显微组织，提高钢的耐磨性。钒太高组织会形成大量碳化物，而使基体中碳含量降低，以至于强度减小影响扩孔性能。本发明将钒的含量控制在0.05％～0.25％。
铝：属于强脱氧元素。通过添加一定含量的铝元素，可保证钢中的氧含量尽可能的低。脱氧后多余的铝可以和钢中的氮元素形成AlN析出物，提高钢板强度，并在热处理加热时细化钢的奥氏体晶粒度。因此，本发明中将Als含量控制在0.015％～0.060％。
钛：是强碳化物形成元素，在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，所形成的TiN能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大，从而起到细化原始奥氏体晶粒的目的。钛在钢中还可以第二相粒子的形式存在，强化铁素体相，减小两相之间强度差，从而提高该钢种的扩孔性能。本发明中钛添加量为0.06％～0.16％。
磷和硫为杂质元素，原则上是越低越好，考虑到成本，本发明将磷和硫的含量控制为P≤0.012％、S≤0.005％。
本发明一种高扩性能复相钢热轧板的生产方法包括冶炼、连铸、热轧、平整等步骤。钢坯加热温度为1170～1270℃，钢坯在轧机上进行多道次轧制，中间坯厚度为40mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～920℃。技术关键在于轧后冷却方式，轧后冷却分为三个段：Ⅰ段：冷速：15～25℃/s、温度：650～700℃；Ⅱ段：空冷：3～8s；Ⅲ段：以不小于30℃/s冷却速度冷至卷取温度400～550℃，之后空冷至室温。
本发明工艺设计的理由如下：
本发明主要通过控制轧制和控制冷却，综合利用细晶强化、相变强化和析出强化的作用，来达到既能保持材料的高强性能，同时通过析出强化减少两相间的显微硬度差别，从而提高扩孔性能的目的。
热轧工艺中，如果加热温度低于1170℃，微合金元素溶解不充分，则不能充分利用微合金元素的作用，强度降低；而高于1270℃时，晶粒容易粗化，对提高钢板韧性不利。因此，本发明将热轧工艺中的加热温度控制为1170～1270℃。
板坯在奥氏体再结晶区进行粗轧，通过轧制变形后的再结晶细化奥氏体晶粒，钢板的变形量在85％以上，终轧温度控制在840～920℃，通过奥氏体低温区的轧制变形，使奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱导微合金元素的碳氮化物沉淀，细化奥氏体的相变产物，提高钢板的韧性。目的是使得晶粒细化及均匀，此外还可以并通过沉淀强化提高产品强度性能，并减少两相之间的强度差异，得到优良的扩孔性能。
终轧后钢板冷却到400～550℃卷取，是获得贝氏体的最佳温度区间。钢板卷取温度过高，会导致带状组织出现，使钢板扩孔率降低；卷取温度过低，造成钢板强度升高，延伸率下降。
本发明的技术关键在于轧后冷却方式，为保证获得适当的铁素体+贝氏体复相组织，终轧后采用三段式冷却方式，目的是得到先共析的铁素体及贝氏体复相组织。第一段冷却是以一定的冷速冷却进入铁素体区域，第二阶段是通过3～8s时间的空冷阶段，得到60％～70％的铁素体析出，第三段冷却目的是以大于珠光体转变临界冷却速度冷却到贝氏体区卷取，避开珠光体形成区，从而得到25％～39％的贝氏体。因此本发明选用的轧后冷却方式为：热轧终轧后采用层流冷却，轧后冷却分为三个段：Ⅰ段：冷速：15～25℃/s、温度：650～700℃；Ⅱ段：空冷：3～8s；Ⅲ段：以不小于30℃/s冷却速度冷至卷取温度400～550℃，之后空冷至室温。
有益效果：
本发明通过合金成分设计，结合相应的控制轧制和轧后冷却制度，实现了具有细晶强化、析出强化和相变强化的复相钢生产。生产的复相钢典型金相组织为铁素体基体(体积百分数为60％～70％)上分布贝氏体(体积百分数为25％～39％)，并混杂有不多于5％的M-A(马氏体)岛组织。由于钒、钛元素的加入促使了铁素体的细晶强化，减小了铁素体和贝氏体力学性能的差别，减少了钢板在局部变形过程中不同相之间硬度差导致开裂的敏感点。可生产厚度为2～6mm的钢板，钢板在抗拉强度≥800MPa时，其扩孔率达到75％以上。
附图说明
图1为实施例1的金相组织图。
具体实施方式
本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：一种扩孔性能良好的热轧复相钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为：C：0.03％～0.12％、Si：0.1％～0.7％、Mn：1.2％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.25％～0.70％、V：0.05％～0.25％、Ti：0.06％～0.16％、Als：0.015％～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。将上述成分的连铸坯加热至1170～1270℃，钢坯在轧机上进行多道次轧制，中间坯厚度为40mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～920℃，轧后冷却分为三个段：Ⅰ段：冷速：15～25℃/s、温度：650～700℃；Ⅱ段：空冷：3～8s；Ⅲ段：以不小于30℃/s冷却速度冷至卷取温度400～550℃，之后空冷至室温。
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1为实施例钢的化学成分，将冶炼好的符合表1中所述组分的钢水经真空脱气处理后连铸成坯料，然后将坯料在热轧轧机上，轧后采用三阶段冷却工艺，表2为实施例钢的制造工艺参数；表3为实施例钢的力学性能。
表1 实施例钢的化学成分(质量百分比/％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ti | V | Als |
| 1 | 0.050 | 0.60 | 1.80 | 0.011 | 0.005 | 0.55 | 0.07 | 0.05 | 0.060 |
| 2 | 0.060 | 0.25 | 1.90 | 0.012 | 0.004 | 0.45 | 0.06 | 0.10 | 0.035 |
| 3 | 0.075 | 0.18 | 1.50 | 0.011 | 0.005 | 0.70 | 0.08 | 0.13 | 0.040 |
| 4 | 0.030 | 0.70 | 2.20 | 0.012 | 0.004 | 0.60 | 0.10 | 0.18 | 0.015 |
| 5 | 0.090 | 0.10 | 1.50 | 0.009 | 0.005 | 0.30 | 0.15 | 0.07 | 0.030 |
| 6 | 0.10 | 0.20 | 1.20 | 0.008 | 0.003 | 0.65 | 0.11 | 0.20 | 0.025 |
| 7 | 0.12 | 0.30 | 1.40 | 0.010 | 0.005 | 0.40 | 0.13 | 0.24 | 0.020 |
| 8 | 0.04 | 0.50 | 2.10 | 0.008 | 0.003 | 0.25 | 0.16 | 0.25 | 0.055 |
表2 实施例钢的制造工艺参数
表3 实施例钢的力学性能
根据本实施例的生产方法，轧制钢板的屈服强度≥700MPa、抗拉强度≥850MPa，扩孔率≥75％，具有优良的扩孔性能。
Claims (2)
1.一种扩孔性能良好的热轧复相钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.03％～0.12％、Si：0.1％～0.7％、Mn：1.2％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.25％～0.70％、V：0.05％～0.25％、Ti：0.06％～0.16％、Als：0.015％～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的扩孔性能良好的热轧复相钢板的生产方法，钢板的生产工艺为：钢水冶炼、连铸、轧制、冷却、卷取、平整，其特征在于，钢坯加热温度为1170～1270℃，钢坯在轧机上进行多道次轧制，中间坯厚度为40mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～920℃，轧后冷却分为三个段：Ⅰ段：冷速为15～25℃/s、冷却至650～700℃；Ⅱ段：空冷：时间为3～8s；Ⅲ段：以不小于30℃/s冷却速度冷至卷取温度400～550℃，之后空冷至室温。
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