CN109207842A - 一种适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其化学元素质量百分比为：C：0.055～0.09％；Si：0.2～0.6％；Mn：1.1～1.5％；Nb：0.01～0.04％；Ti：0.04～0.13％；Al：0.02～0.06％；N≤0.006％；Ca：0.001～0.006％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了上述高强度冷轧低合金带钢制造方法，包括步骤：(1)冶炼；(2)连铸；(3)热轧；(4)酸洗；(5)冷轧；(6)连续退火：控制均热温度为690～750℃，均热时间为60～200s，然后以5～40℃/s的速度冷却到400℃以下进行过时效，过时效时间为120～350s。

Description

一种适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种带钢及其制造方法，尤其涉及一种低合金带钢及其制造方法。

背景技术

为了节约能源和保护环境，汽车制造业越来越注重车身减重。降低车身重量的同时还必须保证甚至提高车身的安全性，因此，强度高且具备良好成形性就成为汽车生产商选择钢铁材料的两个主要因素。为了应对汽车行业的需求，钢铁行业开发出多种高强钢，其中，低合金高强钢由于其良好的力学性能匹配、良好的焊接性能和冷成形性能而广泛应用于汽车上。

传统高强度低合金钢的主要强化机理是析出强化，是指在钢中添加适量的Nb、V、Ti等合金元素，这些元素高温下可以固溶在钢的基体中，在随后的热轧和退火等工序以细小的碳化物或氮化物析出并弥散分布，通过位错的“绕过析出物”或“切过析出物”等机理起到析出强化的效果，可以显著提高带钢的强度。此外，这些合金元素还可以通过抑制再结晶达到细化晶粒并提高带钢强度和韧性的目的。

现阶段，冷轧低合金高强钢的整体水平还较低，大部分企业的生产水平还停留在屈服强度500MPa级别以下，可以生产550MPa或以上级别该类产品的厂家很少，这很难适应汽车行业对汽车钢板强度越来越高以满足减薄减重的强烈需求。而Nb、V、Ti等合金元素的析出强化和细晶强化也具有一定的局限性，当强度达到一定水平时，这些合金元素对强度的提升变得不再明显。所以，低合金高强钢需要借助其他强化方式才有可能继续提升强度。

此外，当强度提升后，若钢的成形性不好，也很难推广应用。钢板的成形性能包括很多方面，其中弯曲性能是其中之一。很多汽车零件的制造对弯曲性能的要求很高，比如座椅滑轨、保险杠、门槛件以及车身内部的一些结构件和加强件等。目前虽然有不少高强钢可以用于制造弯曲成形为主的汽车零件，但是由于弯曲性能富裕度不大，在成形时，弯曲变形部位材料的加工硬化严重，塑性消耗大，将加大零件使用阶段的失效风险，因此这类钢的使用范围具有一定的局限性。

鉴于此，期望获得一种高强度冷轧低合金带钢，其强度高，且弯曲性能好，适合应用在汽车上。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，在提升钢的强度同时，钢具有良好的成形性，特别是弯曲性能优良。此外，该高强度冷轧低合金带钢合金添加少，成本低，焊接性良好，很好满足对弯曲成型制造要求高的行业。

为了实现上述目的，本发明提出了一种适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其化学元素质量百分比为：

C：0.055～0.09％；

Si：0.2～0.6％；

Mn：1.1～1.5％；

Nb：0.01～0.04％；

Ti：0.04～0.13％；

Al：0.02～0.06％；

N≤0.006％；

Ca：0.001～0.006％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中各化学元素设计原理如下所述：

C：碳是重要的固溶强化元素，可以显著提升钢的强度，同时，C也可以与Nb、Ti等元素形成碳化物析出，对钢的强度有增强效应。但C的质量百分比过高会降低材料的塑性和焊接性，因此碳的质量百分比不能太高，本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金钢控制碳的质量百分比在0.055～0.09％，优选地，C的质量百分比为0.06～0.085％。

Si：硅是铁素体固溶强化元素，此外，Si可以提高钢的强度，还有提高钢的纯净度及脱氧等优点。不过，Si的质量百分比过高对焊接和磷化性不利。因此，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中添加Si的质量百分比在0.2～0.6％，优选地，Si的质量百分比在0.2～0.5％。

Mn：锰是强固溶强化元素，可以有效的提高带钢的强度特别是抗拉强度，所以为了满足高强度要求，在本发明所述的高强度冷轧低合金带钢中添加一定量的Mn。然而，Mn在钢中易于偏析，Mn的质量百分比过高使得偏析会加重，对钢弯曲性能和塑性都不利。在本发明所述的技术方案中，Mn的质量百分比低于1.1％，则难以保证钢的强度；当Mn的质量百分比高于1.5％时，则不利于焊接和涂装。因此，本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中控制Mn的质量百分比在1.1～1.5％，优选地，Mn的质量百分比在1.2～1.5％。

Nb：Nb是一种强碳、氮化物形成元素，具有较强的细化晶粒和析出强化效果，有利于提高带钢的强度和屈强比。当Nb的质量百分比过高，则容易导致碳、氮化物偏聚，劣化钢的加工性能。另外，Nb是一种非常昂贵的金属，添加过多会增加成本。因此Nb的添加量不宜过高，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢对Nb的质量百分比控制在0.01～0.04％，优选地，Nb的质量百分比在0.01～0.03％。

Ti：在本发明所述的技术方案中，Ti是主要合金元素之一。与Nb类似，Ti也是一种强碳、氮物形成元素，通过析出强化和细晶强化显著提高带钢的强度和屈强比，而且，添加Ti还有利于减轻板坯边角裂纹。与Nb元素相比，Ti的价格不足Nb的十分之一，具有很大的成本优势。然而，Ti添加过多则其强化效应降低，因此，本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢对Ti的质量百分比控制在0.04～0.13％，优选地，Ti的质量百分比控制在0.06～0.12％。

Al：在本发明所述的技术方案中，Al的主要功能是脱氧剂，因此，所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢对Al的质量百分比控制在0.02～0.06％。

N：在含Ti钢中，适量的N与Ti易在高温下形成TiN，有利于强化基体，并提高带钢的焊接性能。但N的质量百分比过高，比如高于0.006％则容易使TiN粗化，或使过多的N固溶，严重降低钢的塑性，包括弯曲性能。因此，本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢对N的质量百分比控制在N≤0.006％，优选地，N的质量百分比控制在N≤0.005％。

Ca：在本发明所述的技术方案中，适量的Ca可以对夹杂物，例如使MnS改性，使之变得短小和分散，降低S的不利影响，改善弯曲性能。本发明所述的技术方案中，Ca的质量百分比控制在0.001-0.006％。

P：P会增加钢的冷脆性，降低钢的塑性和弯曲性能，对焊接也不利，因此，在本发明所述的技术方案中，P的质量百分比控制在P≤0.018％，优选地，P的质量百分比控制在P≤0.015％。

S：S在钢中易与Mn形成MnS，对力学性能和弯曲性能影响很大。S的质量百分比越低越好，但是过低则会加大冶炼难度，增加成本，因而，在本发明所述的技术方案中，控制S的质量百分比在S≤0.005％，优选地，S的质量百分比控制在S≤0.004％。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，各相关元素还满足下述公式的至少其中之一：

0.07％≤Nb+Ti≤0.15％；Ti/N≥15；其中Nb、Ti、N分别表示相应元素的质量百分比。

在本发明所述的技术方案中，采用高Ti低Nb的复合添加配比，除了考虑到Ti、Nb的质量百分比外，还对Ti、Nb的质量百分比总量作了进一步优化，Nb和Ti满足0.07％≤Nb+Ti≤0.15％，这样可以充分发挥和综合利用Nb、Ti等合金的优势，使本发明所述的高强度冷轧低合金带钢晶粒合理细化，组织更均匀，有助于弯曲性能优化。

此外，考虑到Ti和N的质量百分比对TiN形成的影响，避免TiN粗化或使过多N固溶，严重降低钢的塑性，包括弯曲性能，因而，将Ti和N的质量百分比作了进一步限定，即Ti/N≥15。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，各化学元素含量还满足下述各项的至少其中之一：

C：0.06～0.085％；

Si：0.2～0.5％；

Mn：1.2～1.5％；

Nb：0.01～0.03％；

Ti：0.06～0.12％；以及

N≤0.005％。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，其基体组织为呈长条状均匀分布的铁素体，少量渗碳体弥散分布于晶界或晶间，所述基体组织上还具有析出物，所述析出物包括Ti和Nb的碳化物和氮化物。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，其中渗碳体体积百分比≤6％。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，渗碳体颗粒直径≤3.5um，其中80％以上的渗碳体颗粒直径≤2um。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，其中70％以上的析出物的颗粒直径≤10nm，Ti和Nb的碳化物以及Nb的氮化物的颗粒直径≤20nm。

进一步地，在本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，其抗拉强度≥880MPa，屈服强度≥850MPa，屈强比接近1，延伸率A₈₀≥9％。

相应地，本发明的另一目的在于提供上述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的制造方法，采用该方法获得的带钢强度高，弯曲性能好，适合应用于汽车上。

为了实现上述目的，本发明提出了上述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的制造方法，包括步骤：

(1)冶炼；

(2)连铸；

(3)热轧；

(4)酸洗；

(5)冷轧；

(6)连续退火：控制均热温度为690～750℃，均热时间为60～200s，然后以5～40℃/s的速度冷却到400℃以下进行过时效，过时效时间为120～350s。

在本发明所述的技术方案中，退火是决定带钢性能的重要生产工序。冷轧后的钢板由于存在高密度位错，钢板强度高达1200MPa或更高，但是塑性极差。而采用高温退火可以保证带钢再结晶比较充分，获得良好的塑性，但是强度会大幅降低。因此，为了获得高强度，本发明的技术方案采用以低于再结晶的温度进行均热，控制均热温度为690-750℃，均热时间为60-200s，然后以5-40℃/s的冷速冷却到400℃以下进行过时效，过时效时间120-350s，然后冷却至室温并进行平整以改善板形。

在一些优选地实施方式中，均热温度控制在700～740℃。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(2)中，采用0.7～1.3m/min的均匀拉速，且过热度小于25℃。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(3)中，控制板坯加热温度在1220℃以上，终轧温度为860℃～950℃，卷取温度为520℃～620℃。这是因为：板坯加热温度在1220℃以上，有利于使板坯中的Ti、Nb化合物特别是Ti的化合物更加充分溶解，利于在后工序进行析出强化；而终轧温度在Ar3以上，控制860℃-950℃，轧后快速冷却，以获得所需的钢的微观组织。

在一些优选的实施方式中，板坯加热温度在1230℃-1270℃，终轧温度在870℃-920℃，卷取温度在540～600℃。

需要说明的是，卷取温度控制在520～620℃，有利于得到纳米级尺寸合适的碳、氮化物析出物及合适的晶粒尺寸，这是因为当卷取温度过高时，析出物容易粗化，晶粒长大，强化效果减弱，而当卷取温度过低时，则析出速度慢，析出量少，不利于Ti、Nb的强化作用发挥。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(5)中，控制压下量为40～60％。在一些优选的实施方式中，压下量优选控制在45-50％。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，还包括步骤(7)：冷却到室温后进行平整，控制平整延伸率<0.8％。

本发明所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的抗拉强度达到880MPa(90kg级)以上，延伸率A₈₀达到了9％以上，实现了高强度和塑性的良好结合，且性能稳定性良好，特别是组织简单、弯曲性能优良。此外，该高强度冷轧低合金带钢合金添加简单，流程短，制造工艺简单，成本低廉。因而，所述的高强度冷轧低合金带钢能够很好的满足汽车行业弯曲成形零件的制造要求。

此外，本发明所述的制造方法除了充分利用Ti、Nb的析出强化和细晶强化的强化机理外，更重要的在于以低于再结晶温度进行均热的退火工艺，使带钢保留了冷轧轧制时所存储的部分位错能，强度损失不大，从而保证了带钢所需的高强度；而且，由于本发明所采用的均热温度较低，均热时间很短，使得Ti、Nb等微合金在前工序形成的细小的碳、氮化物析出物在连续退火阶段来不及粗化，从而保留了其强化效果，这也是本发明所述的高强度冷轧低合金带钢能维持高强度的重要原因之一。另外，由于退火工艺适当，材料的内应力释放比较充分，因此本发明所述的高强度冷轧低合金带钢获得良好的塑性，并最终具备了强度和塑性的合理匹配。

附图说明

图1为实施例6的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的微观组织金相图。

图2为实施例11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的析出物金相图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的适于弯曲成型的

高强度冷轧低合金带钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-11

表1列出了实施例1-11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中各化学元素质量百分比。

表1.(wt％，余量为Fe和其他除了P、S以外的不可避免的杂质)

实施例1-11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢采用以下步骤制得：

(1)冶炼；

(2)连铸：采用0.7～1.3m/min的均匀拉速，且过热度小于25℃；

(3)热轧：控制板坯加热温度在1220℃以上，终轧温度为860℃～950℃，卷取温度为520℃～620℃；

(4)酸洗；

(5)冷轧：控制压下量为40～60％；

(6)连续退火：控制均热温度为690～750℃，均热时间为60～200s，然后以5～40℃/s的速度冷却到400℃以下进行过时效，过时效时间为120～350s；

(7)冷却到室温后进行平整，控制平整延伸率<0.8％。

表2列出了实施例1-11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的制造方法中的具体工艺参数。

表2.

将实施例1-11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢进行性能测试，测试结果列于表3中。

表3

由表3可以看出，本案各实施例的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢抗拉强度达到880MPa(90kg级)以上，屈服强度≥850MPa，屈强比接近1，延伸率A₈₀达到了9％以上，实现了高强度和塑性的良好结合，且性能稳定性良好，特别是各实施例的微观组织简单、弯曲性能优良。此外，各实施例的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢合金添加简单，流程短，制造工艺简单，成本低廉。因而，所述的高强度冷轧低合金带钢能够很好的满足汽车行业弯曲成形零件的制造要求。

图1为实施例6的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的微观组织金相图。

如图1所示，在实施例6的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的微观组织中，基体组织为呈长条状均匀分布的铁素体，少量渗碳体弥散分布于晶界或晶间，其中，渗碳体体积百分比≤6％，基体组织上还具有析出物。

图2为实施例11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的析出物显微照片。如图2所示，在实施例11的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢中，基体组织具有析出物，析出物包括Ti和Nb的碳化物和氮化物。其中，渗碳体颗粒直径≤3.5um，其中80％以上的渗碳体颗粒直径≤2um。此外，70％以上的析出物的颗粒直径≤10nm，Ti和Nb的碳化物以及Nb的氮化物的颗粒直径≤20nm。

需要注意的是，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 (13)

1.一种适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：

C：0.055～0.09％；

Si：0.2～0.6％；

Mn：1.1～1.5％；

Nb：0.01～0.04％；

Ti：0.04～0.13％；

Al：0.02～0.06％；

N≤0.006％；

Ca：0.001～0.006％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，各相关元素还满足下述公式的至少其中之一：

0.07％≤Nb+Ti≤0.15％；Ti/N≥15；其中Nb、Ti、N分别表示相应元素的质量百分比。

3.如权利要求1所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，各化学元素含量还满足下述各项的至少其中之一：

C：0.06～0.085％；

Si：0.2～0.5％；

Mn：1.2～1.5％；

Nb：0.01～0.03％；

Ti：0.06～0.12％；以及

N≤0.005％。

4.如权利要求1所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，其基体组织为呈长条状均匀分布的铁素体，少量渗碳体弥散分布于晶界或晶间，所述基体组织上还具有析出物，所述析出物包括Ti和Nb的碳化物和氮化物。

5.如权利要求4所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，其中渗碳体体积百分比≤6％。

6.如权利要求4所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，渗碳体颗粒直径≤3.5um，其中80％以上的渗碳体颗粒直径≤2um。

7.如权利要求4所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，其中70％以上的析出物的颗粒直径≤10nm，Ti和Nb的碳化物以及Nb的氮化物的颗粒直径≤20nm。

8.如权利要求1所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢，其特征在于，其抗拉强度≥880MPa，屈服强度≥850MPa，屈强比接近1，延伸率A₈₀≥9％。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的适于弯曲成型的高强度冷轧低合金带钢的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)冶炼；

(2)连铸；

(3)热轧；

(4)酸洗；

(5)冷轧；

(6)连续退火：控制均热温度为690～750℃，均热时间为60～200s，然后以5～40℃/s的速度冷却到400℃以下进行过时效，过时效时间为120～350s。

10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，采用0.7～1.3m/min的均匀拉速，且过热度小于25℃。

11.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，控制板坯加热温度在1220℃以上，终轧温度为860℃～950℃，卷取温度为520℃～620℃。

12.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，控制压下量为40～60％。

13.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤(7)：冷却到室温后进行平整，控制平整延伸率<0.8％。