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CN110343971A - 超高强度热镀锌复相钢及其生产方法 - Google Patents

超高强度热镀锌复相钢及其生产方法 Download PDF

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CN110343971A CN201910774179.9A CN201910774179A CN110343971A CN 110343971 A CN110343971 A CN 110343971A CN 201910774179 A CN201910774179 A CN 201910774179A CN 110343971 A CN110343971 A CN 110343971A
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Abstract

本发明涉及超高强度热镀锌复相钢及其生产方法，属于复相钢冶金技术领域。本发明提供的热镀锌复相钢化学成分包括C：0.09～0.16％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.70～2.50％，P≤0.025％，S≤0.005％，Mo：0.20～0.60％，Al：0.02～0.08％，Nb：0.010～0.070％，Ti：0.030～0.070％，N≤0.006％，制备方法包括冶炼、热轧、酸轧、热镀锌退火工序，热镀锌退火采用预氧化还原工艺。本发明制备的热镀锌复相钢成形性能、焊接性能和镀锌性能优良，达到高强度高延伸的要求。

Description

超高强度热镀锌复相钢及其生产方法
技术领域
本发明属于复相钢冶金技术领域，具体涉及超高强度热镀锌复相钢及其生产方法。
背景技术
随着汽车轻量化技术的发展，汽车用钢朝着高强钢方向发展已成为必然趋势。复相钢具有高抗拉强度和优良塑性等特点，成为汽车用首选高强钢。
专利(CN109023106A)公开了一种冷轧热镀锌复相钢及其制备方法，其化学成分重量百分比分别为：C：0.08～0.12％，Si：0.3～0.6％，Mn：2.0～2.5％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，Al：0.1～0.4％，Cr：0.2～0.5％，Mo：0.1～0.4％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.03～0.06％，B：0.002～0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。尽管通过其化学成分和制备方法得到热镀锌复相钢，但其Mn含量较高，并且添加了Cr和B，成本和轧制负荷明显增加。
专利(CN108486500A)公开了一种冷轧热镀锌复相钢及其生产方法，其化学成分百分比为：C：0.05～0.13％，Si：0.1～0.5％，Mn：1.5～2.5％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al：0.1～0.6％，Cr：0.2～0.6％，Mo：0.1～0.5％，Nb：0.01～0.06％，Ti：0.01～0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。尽管通过其化学成分和制备方法得到热镀锌复相钢，但是其添加了Cr，成本和轧制负荷明显增加。
专利(CN105247089A)公开了一种高强度热浸镀锌复相钢带材生产方法，其化学成分百分比为：C：0.13～0.19％，Mn：1.70～2.50％，Si：≤0.15％，Al：0.40～1.00％，Cr：0.05～0.25％，Nb：0.01～0.05％，P：≤0.10％，Ca：≤0.004％，S：≤0.05％，N：≤0.007％，其中0.40％＜Al+Si＜1.05％且Mn+Cr＞1.90％，并且该钢带材具有复相显微组织,该复相显微组织以体积百分比计包含8～12％残余奥氏体、20～50％贝氏体、少于10％马氏体，余量为铁素体。尽管通过其化学成分和制备方法得到热镀锌复相钢，但是其C和Mn含量较高，焊接性降低。添加了Cr，成本和轧制负荷明显增加。
综上所述，现有发明主要单方面考虑了复相钢的力学性能，没有综合考虑成形性能、镀锌性能和焊接性能等因素。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供超高强度热镀锌复相钢，以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括C：0.09～0.16％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.70～2.50％，P≤0.025％，S≤0.005％，Mo：0.20～0.60％，Al：0.02～0.08％，Nb：0.010～0.070％，Ti：0.030～0.070％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质，余量为Fe及不可避免杂质。
作为优选的，本发明提供超高强度热镀锌复相钢，以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括C：0.10～0.15％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.80～2.40％，Mo：0.20～0.50％，Al：0.02～0.07％，Nb：0.020～0.060％，Ti：0.030～0.060％，P≤0.020％，S≤0.005％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明同时还公开了高强度热镀锌复相钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼；
(2)热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧；
(4)热镀锌退火工序：经过热镀锌退火后，制成所需热镀锌复相钢。
其中，步骤(1)冶炼工序根据上述高强度热镀锌复相钢的化学成分进行冶炼。
其中，步骤(2)热轧工序精轧开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为860～930℃，卷取温度为580～640℃。
其中，步骤(3)酸轧工序冷轧压下率为35～50％。
其中，步骤(4)热镀锌退火工序先在氧化炉内进行加热，然后在有保护气氛的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅进行热镀锌。进一步的，氧化炉内加热温度控制在760～810℃。
其中，步骤(4)热镀锌退火工序炉内保护气氛露点温度为-25～-60℃。
其中，退火温度为830～870℃，从退火温度快速冷却至锌池炉鼻温度440～460℃，其快冷速率CR1为50～80℃/s，镀锌后以4～10℃/s的终冷速率CR2冷却至室温。
本发明的有益效果：
本发明热镀锌双相钢采用低C、Mn以保证热镀锌双相钢的优良焊接性能，添加Nb、Ti通过晶粒细化和析出强化来提高其强度和韧性，采用低成本Si抑制碳化物析出使奥氏体充分富碳以提高其强度；本发明热镀锌退火采用预氧化还原工艺改善双相钢表面镀锌质量；本发明制备的热镀锌双相钢成形性能、焊接性能和镀锌性能优良，屈服强度为866～887MPa，抗拉强度为1120～1130MPa，伸长率(A80)为10.6～11.8％，达到高强度高延伸的要求，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为实施例1所得热镀锌复相钢的微观组织形貌图。
具体实施方式
本发明提供一种超高强度热镀锌复相钢，以重量百分比计所述复相钢的化学成分包括C：0.09～0.16％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.70～2.50％，P≤0.025％，S≤0.005％，Mo：0.20～0.60％，Al：0.02～0.08％，Nb：0.010～0.070％，Ti：0.030～0.070％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述复相钢的化学成分以重量百分比计包括C：0.10～0.15％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.80～2.40％，Mo：0.20～0.50％，Al：0.02～0.07％，Nb：0.020～0.060％，Ti：0.030～0.060％，P≤0.020％，S≤0.005％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明双相钢化学成分的设计思路如下：
碳：C作为复相钢最重要的组分之一，决定了钢板的强度、塑性和成形性能。C是钢铁材料中固溶强化效果最明显的元素，钢中固溶C含量增加0.1％，其强度可提高约450MPa。C含量过低时，奥氏体的稳定性和马氏体淬硬性下降，导致强度偏低，双相钢中一般不低于0.02％；C含量过高时，双相钢的塑性和焊接性能下降，复相钢中一般不高于0.15％。因此，本发明C含量为0.09～0.16％。
硅：Si能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，其作用仅次于C、P，较Mn、Cr、Ti和Ni等元素强；Si还可以抑制铁素体中碳化物的析出，使固溶C原子充分向奥氏体中富集，从而提高其稳定性。然而，Si含量过高时，Si在加热炉中形成的表面氧化铁皮很难去除，增加了除磷难度；同时在退火过程中易向表面富集形成SiO2，从而导致漏镀等表面缺陷。因此，本发明Si含量为0.20～0.50％。
锰：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是钢中常用的固溶强化元素，双相钢中一般不低于1.20％。Mn既可与C结合形成多种碳化物起到沉淀强化的作用，也可溶于基体中增强固溶强化效果。Mn易与S结合形成高熔点化合物MnS，从而消除或削弱由于FeS引起的热脆现象，改善钢的热加工性能。Mn可以提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而显著降低马氏体的临界冷却速率。但Mn含量过高时，易在退火过程中向表面富集，形成大量锰化物，从而导致表面镀锌质量下降。因此，在本发明中Mn含量为1.70～2.50％。
钼：Mo与Cr作用相似，明显迟珠光体和贝氏体转变，从而获得高体积分数的马氏体，以保证强度。另外，Mo氧化物吉布斯自由能与Fe氧化物相当，故Mo不会影响双相钢的表面镀锌质量，但其价格较昂贵。因此，在本发明中，Mo含量为0.20～0.60％。
铌：Nb在复相钢中主要以NbC形式存在，具有显著晶粒细化和弥散沉淀强化的作用。在热镀锌退火加热过程中，未溶解NbC颗粒可以钉扎铁素体晶界，从而起到细化晶粒的作用；退火温度增加至两相区时，NbC溶解温度较低，故充分溶解于基体中，同时固溶C原子向奥氏体中富集以提高其稳定性；在冷却过程中，铁素体中的NbC将重新析出，从而生产明显的沉淀强化。因此，Nb含量为0.010～0.070％。
钛：添加Ti，可以细化晶粒，降低时效性和冷脆性。Ti含量过低，强度不够，无法满足使用性能。Ti含量过高，会明显提高强度，影响使用性能，严重的会导致冲压零件开裂。因此，Ti含量选择为0.030％～0.070％为宜。
铝：Al是钢中常见的脱氧剂，同时可以形成AlN钉扎晶界，从而起到细化晶粒的作用；另外，Al与Si作用相似，可以抑制碳化物析出，从而使奥氏体充分富碳。因此，本发明中Al含量为0.02～0.08％。
本发明还提供超高强度热镀锌复相钢的生产方法，当通过铸造板坯生产钢板时，具体可按照如下步骤进行:
(1)冶炼工序：根据上述所设计的化学成分进行冶炼，然后通过铸造成板坯；
(2)热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中精轧开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为860～930℃，卷取温度为580～640℃；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧成为冷轧薄带钢，其中冷轧压下率为35～50％；
(4)热镀锌退火工序：将上述冷轧薄带钢经过热镀锌退火后，制成所需热镀锌复相钢钢板。具体的，在炉内进行退火处理，从炉中取出冷却至一定温度，进入锌池热镀锌，其中炉内保护气氛露点温度为-25～-60℃，退火温度为830～870℃，从退火温度快速冷却至锌池炉鼻温度440～460℃，其快冷速率CR1为50～80℃/s，镀锌后以4～10℃/s的终冷速率CR2冷却至室温。其中，通过炉内保护气氛露点温度检测，确定炉内实际气体分压，从而控制合适的保护气氛(如氢气)含量。
为了改善双相钢表面镀锌质量，本发明还采用了预氧化还原工艺，具体的，在连续热镀锌生产线上，线内包含氧化炉和还原炉两部分，带钢先在氧化炉内进行加热，把带钢表面残存的轧制油等烧掉，净化表面，然后通过有保护气氛的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅进行热镀锌。作为优选的，氧化炉内加热温度控制在760～810℃。
以下通过实施例和对比例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1
本实施例高成型性能高强度热镀锌双相钢按如下工艺进行生产：
(1)冶炼工序：C：0.13％，Si：0.32％，Mn：1.95％，Mo：0.28％，Als：0.047％，Nb：0.043％，P：0.020％，S：0.005％，N：0.004％，Ti：0.053％，然后通过铸造成板坯，厚度200mm；
(2)热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中加热温度为1250℃，精轧温度为1070℃，终轧温度为860～900℃，卷取温度为580～620℃，热轧板厚度3.75mm；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧成为冷轧薄带钢2.3mm，其中冷轧压下率为40％；
(4)热镀锌退火工序：将上述冷轧薄带钢经过热镀锌退火后，制成所需热镀锌复相钢钢板。其中氧化炉中加热到780℃，还原炉内保护气氛露点温度为-25～-60℃，退火温度为851℃，从退火温度快速冷却至锌池炉鼻温度440～460℃，其快冷速率CR1为63℃/s，镀锌后以5.0℃/s的终冷速率CR2冷却至室温。
经检测，本实施例的热镀锌复相钢微观组织如图1所示，屈服强度887MPa，抗拉强度1130MPa，伸长率A8010.6％，本实施例的热镀锌复相钢C、Mn含量较低，微观组织由铁素体、马氏体、贝氏体组成，表面镀锌质量良好，具有良好的焊接性能，伸长率高，达到高强度高延伸的要求。
实施例2
本实施例高成型性能高强度热镀锌双相钢按如下工艺进行生产：
(1)冶炼工序：C：0.13％，Si：0.32％，Mn：1.95％，Mo：0.28％，Als：0.047％，Nb：0.043％，P：0.020％，S：0.005％，N：0.004％，Ti：0.053％，并在转炉中控制V含量，通过控制原有铁水中V含量，而不是额外添加钒铁合金,，然后通过铸造成板坯，厚度200mm；
(2)热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中加热温度为1250℃，精轧温度为1080℃，终轧温度为890～930℃，卷取温度为610～640℃，热轧厚度3.75mm；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧成为冷轧薄带钢2.3mm，其中冷轧压下率为40.0％；
(4)热镀锌退火工序：将上述冷轧薄带钢经过热镀锌退火后，制成所需热镀锌复相钢钢板。其中氧化炉中加热到775℃，还原炉内保护气氛露点温度为-25～-60℃，退火温度为848℃，从退火温度快速冷却至锌池炉鼻温度440～460℃，其快冷速率CR1为62℃/s，镀锌后以6.0℃/s的终冷速率CR2冷却至室温。
经检测，本实施例的热镀锌复相钢屈服强度866MPa，抗拉强度1120MPa，伸长率A8011.8％，本实施例的热镀锌复相钢C、Mn含量较低，微观组织由铁素体、马氏体、贝氏体组成，表面镀锌质量良好，具有良好的焊接性能，伸长率高，达到高强度高延伸的要求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.超高强度热镀锌复相钢，其特征在于：以重量百分比计所述复相钢的化学成分包括C：0.09～0.16％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.70～2.50％，P≤0.025％，S≤0.005％，Mo：0.20～0.60％，Al：0.02～0.08％，Nb：0.010～0.070％，Ti：0.030～0.070％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的超高强度热镀锌复相钢，其特征在于：以重量百分比计所述复相钢的化学成分包括C：0.10～0.15％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.80～2.40％，Mo：0.20～0.50％，Al：0.02～0.07％，Nb：0.020～0.060％，Ti：0.030～0.060％，P≤0.020％，S≤0.005％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
3.超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼得到钢坯；
(2)热轧工序：将钢坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧；
(4)热镀锌退火工序：经过热镀锌退火后，制成所需热镀锌双相钢。
4.根据权利要求3所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：步骤(1)冶炼工序根据权利要求1或2所述的化学成分进行冶炼。
5.根据权利要求3或4所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：步骤(2)热轧工序精轧开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为860～930℃，卷取温度为580～640℃。
6.权利要求3～5任一项所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：步骤(3)酸轧工序冷轧压下率为35～50％。
7.权利要求3所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：步骤(4)热镀锌退火工序先在氧化炉内进行加热，然后在有保护气氛的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅进行热镀锌。
8.权利要求7所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：所述氧化炉内加热温度控制在760～810℃。
9.根据权利要求3或7所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：步骤(4)热镀锌退火工序炉内保护气氛露点温度为-25～-60℃。
10.根据权利要求3～9任一项所述的超高强度热镀锌复相钢的生产方法，其特征在于：退火温度为830～870℃，从退火温度快速冷却至锌池炉鼻温度440～460℃，其快冷速率CR1为50～80℃/s，镀锌后以4～10℃/s的终冷速率CR2冷却至室温。
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