CN111636031A

CN111636031A - 一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法

Info

Publication number: CN111636031A
Application number: CN202010493246.2A
Authority: CN
Inventors: 王明哲; 尉冬; 青靓; 商光鹏; 吴耐; 张誉公; 史昌
Original assignee: Beijing Shougang Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang Co Ltd
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-09-08

Abstract

本发明公开了一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，按照质量百分比计，所述超低碳烘烤硬化钢的化学成分为：C：0.0018‑0.0029wt％，Si：0‑0.030wt％，Mn：0.6‑0.7wt％，P：0.04‑0.05wt％，S：0.005‑0.015wt％，Alt：0.035‑0.065wt％，Nb：0.006‑0.010wt％，Ti：0.0020‑0.0060wt％，B：0.0005‑0.0012wt％，N≤0.0030wt％。所述生产方法上，冷轧压下率控制在79％～82％，露点控制在≤‑40℃。本发明通过组分和工艺协同配合得到BH稳定在35‑70的超低碳烘烤硬化钢。

Description

一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢材制备技术领域，特别涉及一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法。

背景技术

超低碳烘烤硬化钢是一种强度相对较高(屈服强度≥220MPa)，在经过常温下冲压成形后，通过烤漆温度时效处理后，屈服强度可以得到一定程度提高的优质汽车用钢板。BH钢板的特点是冲压成形前较软、易成形加工，通过冲压成形后的涂漆烘烤过程使屈服强度增加，因此很适合于汽车外板等覆盖件。烘烤硬化(BH)钢特点是冲压成形时屈服点低、成形性优良，冲压加工后，由于涂装烘干时的高温短时间热处理使屈服点升高，从而使冲压件在使用状态下具有较高的强度和抗凹陷能力。烘烤硬化钢适合于生产汽车外板等覆盖件，其用量也在逐年增加，成为现代汽车用钢的重要组成部分。

由于现有技术通常存在BH值控制不稳定的情况，从而影响表面质量。因此，如何开发一种BH值稳定的在合适范围内的超低碳烘烤硬化钢，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，BH值稳定控制在35-70，超低碳烘烤硬化钢的表面质量好。

为了实现上述目的，本发明提供一种超低碳烘烤硬化钢，按照质量百分比计，所述超低碳烘烤硬化钢的化学成分为：C：0.0018-0.0029wt％，Si：0-0.030wt％，Mn：0.6-0.7wt％，P：0.04-0.05wt％，S：0.005-0.015wt％，Alt：0.035-0.065wt％，Nb：0.006-0.010wt％，Ti：0.0020-0.0060wt％，B：0.0005-0.0012wt％，N≤0.0030wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述超低碳烘烤硬化钢的内部显微组织为铁素体。

进一步地，所述铁素体晶粒的尺寸为9-18um。

本发明还提供了所述超低碳烘烤硬化钢的生产方法，所述生产方法包括：

采用钢水冶炼获得连铸板坯；

所述连铸板坯进行热轧获得带钢；

所述带钢进行酸洗和冷轧获得冷硬卷，所述冷轧压下率设置在79％～82％；

所述冷硬卷进行连续退火获得所述碳烘烤硬化钢，所述连续退火时露点控制在≤-40℃。

进一步地，所述连铸板坯进行热轧获得带钢，包括：

出炉，精轧和卷曲，所述出炉温度为1150～1220℃，所述精轧的终轧温度为890～940℃；所卷取温度为630～670℃。

进一步地，所述冷硬卷进行连续退火获得所述碳烘烤硬化钢，包括：

所述冷硬卷依次经过加热段、均热段、缓冷段、快冷段进行退火，所述加热段温度由室温加热至760～790℃，所述均热段保持760～790℃并保温45～70S，所述缓冷段温度为600～660℃，所述快冷段温度340～370℃。

进一步地，所述连续退火的气氛为氢气和氮气。

本发明还提供了一种包装产品，采用所述的超低碳烘烤硬化钢制得。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供的一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，(1)在组分上，采用高过剩碳，Nb、Ti固定间隙原子，Si、Mn和P强化的成份体系,控制固溶碳原子含量，进而使得烘烤硬化值稳定；(2)在工艺上采用冷轧压下率设置在79％～82％；露点控制在≤-40℃。综上，本发明通过组分+工艺协同配合以达到控制得到BH稳定在35-70的超低碳烘烤硬化钢。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是实施例1中制备得到的超低碳烘烤硬化钢的金相组织图；

图2是本发明实施例提供的一种超低碳烘烤硬化钢的生产方法的流程图；

图3是实施例1和对比例1的零件成形后的表面质量图；

图4为实施例2和对比例5的零件成形后的表面质量图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

为实现上述目的，本实施例提供一种超低碳烘烤硬化钢，按照质量百分比计，所述超低碳烘烤硬化钢的化学成分为：C：0.0018-0.0029wt％，Si：0-0.030wt％，Mn：0.6-0.7wt％，P：0.04-0.05wt％，S：0.005-0.015wt％，Alt：0.035-0.065wt％，Nb：0.006-0.010wt％，Ti：0.0020-0.0060wt％，B：0.0005-0.0012wt％，N≤0.0030wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。本实施例中，所述超低碳烘烤硬化钢的内部显微组织为铁素体，所述铁素体晶粒的尺寸为9-18um。如图1所示。

本申请通过优化组成元素进而形成以上化学成分的超低碳烘烤硬化钢，是基于以下原理：

C：在钢中具有固溶强化作用，C含量控制在0.0018-0.0029wt％，提高屈服强度，降低延伸率。过高将导致塑性下降，过低使得强度不足。

N：N固溶的N能提高强度，N元素具有降低成形性和抗时效性能，氮和铝化合形成AlN的析出物，有利于塑性的提高，但是N太高材料强度上升，阻碍材料织构的发展；N太低难以起到提高强度的作用，因此N≤0.0030wt％。

Nb、Ti固定间隙原子，实现超低碳烘烤硬化用钢，解决使用现有的工艺技术生产后存在烘烤硬化值不稳定的问题。

Mn、Si与P：本发明中Mn、Si与P组成Mn-Si-P体系共同作为强化体系，且本发明将Mn元素限定在0.6-0.7wt％、P元素限定在0.04-0.05wt％、Si元素限定在0-0.030wt％，是因为在此范围内Mn-Si-P强化体系能够最大限度的起到固溶强化作用提高屈服强度且不会影响钢的低温韧性和表面质量。

Als：Als元素作为脱氧固氮元素，添加太少会使得N元素析出不充分，导致加工性能变差，添加太多效果基本饱和，本发明将限定Als元素在0.035-0.065wt％。

本申请在组分上，采用高过剩碳(相对常规高2ppm过剩碳即10ppm-16ppm)，Nb、Ti固定间隙原子，Si、Mn和P强化的成份体系,控制固溶碳原子含量，进而使得烘烤硬化值稳定。

本发明实施例还提供了一种低碳烘烤硬化钢的生产方法，请参考图2，所述方法包括：

步骤1：采用钢水冶炼获得连铸板坯；

具体而言，本申请实施例中按设定成分冶炼钢水并浇注成连铸板坯。其中，连铸板坯是炼钢炉炼成的钢水经过连铸机铸造后得到的产品。

步骤2：对所述连铸板坯进行热轧获得带钢，热轧结束后，对所述带钢进行冷却并卷取，获得带钢卷。

进一步的，所述热轧的出炉温度在1150～1220℃，终轧温度在890～940℃，所述卷取温度控制在630～670℃。

热轧部分的工艺温度：若出炉温度小于1150℃，出炉温度太低执行起来非常困难；若终轧温度小于890℃，终轧温度太低轧机轧制不能完全在奥氏体内轧制，目前钢种是要求在奥氏体温度以上轧制的，这个钢种奥氏体的温度大约在880℃以上，因此终轧温度要保证在温度880℃以上。若加热温度大于1220℃，终轧温度大于940℃，卷取温度大于670℃，能耗高，因氧化铁皮等会导致表面质量不好。

具体而言，设置连铸板坯的加热温度进行热轧，其中，热轧采用连铸板坯或初轧板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除磷后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却(计算机控制冷却速率)和卷取机卷取、成为直发卷。将直发卷经切头、切尾、切边及多道次的矫直、平整等精整线处理后，再切板或重卷，即成为热轧钢板、平整热轧钢卷、纵切带等产品。热轧可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合的效果。

步骤3：对所述带钢卷进行酸洗和冷轧获得冷硬卷，所述冷轧的冷轧压下率设置在79％～82％。本发明人发现将冷轧压下率提高至79％～82％有利于BH值的稳定，且有利于提高钢的整体性能，且有利于BH值的稳定。若冷轧压下率低于79％会影响退火工序的驱动力不足。若冷轧压下率高于82％，现场设备能力及稳定性会受到影响。

具体而言，对所述带钢卷进行冷轧，其中，冷轧采用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，冲压性能恶化，故只能用于简单变形的零件。一般冷连轧板、冷连轧卷均应经过连续退火(CAPL机组)或罩式炉进行去退火处理，消除冷作硬化及轧制应力，达到标准规定的力学性能指标。冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板。冷轧具有成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式，以适应使用条件的需要；且冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢材的屈服点。

步骤4：冷轧结束后，将处于室温的带钢送入退火炉中进行连续退火，其中，所述冷硬卷依次经过加热段、均热段、缓冷段、快冷段进行退火，所述加热段温度由室温加热至760～790℃，所述均热段保持760～790℃并保温45～70S，所述缓冷段温度为600～660℃，所述快冷段温度340～370℃。

进一步的，所述退火炉内的介质由氢气与氮气组成。

进一步的，所述连续退火中的所述加热段时间为120～200s，所述均热段时间45～70S，所述缓冷段时间为10～25S，所述快冷段的时间为30～60S。

本申请中连续退火采用加热段、均热段、缓冷段、快冷段四个阶段的温度，这是与本申请的成分相配合的，可以实现碳化物迅速过饱和固溶以及快速冷却后升温过程中充分析出，得到碳化物微观组织为颗粒状均匀分布于铁素体晶粒上，从而缩短了未平整状态下低碳烘烤硬化钢屈服平台长度至3％以内，进一步使得BH值稳定在35-70之间。

所述连续退火时露点控制在≤-40℃，因为露点影响到了过剩碳的分布含量，从而影响到了BH值，若露点大于-40℃会使得BH值不稳定。

通过上述内容可以看出，本发明提供的一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，(1)在组分上，采用高过剩碳，Nb、Ti固定间隙原子，Si、Mn和P强化的成份体系,控制固溶碳原子含量，进而使得烘烤硬化值稳定；(2)在工艺上采用冷轧压下率设置在79％～82％；露点控制在≤-40℃。综上，本发明通过组分+工艺协同配合以达到控制得到BH稳定在35-70的超低碳烘烤硬化钢。最后得到的低碳烘烤硬化钢的屈服强度在220-270MPa，抗拉强度达到320-440MPa，延伸率在29％-32％。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法进行详细说明。

铁水经过转炉冶炼后进入LF炉火RH炉精炼处理，采用常规连铸方法形成化学成分如1所示的板坯。实施例1以及对比例1-4的超低碳烘烤硬化钢，规格0.7mm*925mm，炉次号为192203055(T1119A10810801，T1119615002201)。实施例2-3以及对比例5的超低碳烘烤硬化钢，规格0.8mm*1340mm，炉次号为192205311。

表1-各组别中板坯的主要成分(质量分数％，余量为Fe及不可避免的杂质)

组别	C	Si	Mn	P	S	Alt	Nb	Ti	B	N
											实施例1	0.0019	0.0067	0.632	0.0433	0.0079	0.0491	0.007	0.0037	0.0009	0.001
对比例1	0.0019	0.0067	0.632	0.0433	0.0079	0.0491	0.007	0.0037	0.0009	0.001
											对比例2	0.0019	0.0067	0.632	0.0433	0.0079	0.0491	0.007	0.0037	0.0009	0.001
对比例3	0.0019	0.0067	0.632	0.0433	0.0079	0.0491	/	/	0.0009	0.001
											对比例4	0.0019	0.0067	0.3	0.03	0.0079	0.0491	0.007	0.0037	0.0009	0.001
实施例2	0.0024	0.0065	0.66	0.0448	0.0074	0.054	0.007	0.0039	0.0009	0.001
											对比例5	0.0024	0.0065	0.66	0.0448	0.0074	0.054	0.007	0.0039	0.0009	0.001
实施例3	0.0029	0.03	0.70	0.05	0.015	0.065	0.01	0.006	0.0012	0.03

将表1中所示的不同成分的板坯进行热轧、酸洗、冷轧、连续退火，获得所述碳烘烤硬化钢，主要工艺参数如表2所示。

表2-各组别的工艺参数

将实施例1-3以及对比例1-5获得的低碳烘烤硬化钢的性能进行测试并统计如表3所示。

表3

由表1-3可知，与实施例1相比，对比例1仅露点不一样，其他条件均相同。实施例1的烘烤硬化值达到49，为合格产品；而对比例1的烘烤硬化值为到19，为不合格产品。图3为实施例1和对比例1的零件成形后的表面质量图，可知，实施例1的产品的表面质量良好，而对比例1的产品的表面质量不好，出现拉伸应变痕现象。

与实施例1相比，对比例2仅冷轧压下率不一样，其他条件均相同。实施例1的烘烤硬化值达到49，为合格产品；而对比例2的烘烤硬化值为到23，为不合格产品。

与实施例1相比，对比例3不含Nb和Ti，其他条件均相同。对比例3存在很严重的拉伸应变痕。

与实施例1相比，对比例4中的Mn、P的含量不同，其他条件均相同。对比例4的钢种的强度偏低。

与实施例2相比，对比例5的出炉温度不同，其他条件均相同。实施例2的烘烤硬化值达到35，为合格产品；而对比例5的烘烤硬化值为到89，为不合格产品。图4为实施例2和对比例5的零件成形后的表面质量图，可知，实施例2的样本表面质量正常，而对比例5的样本表面存在橘皮缺陷。

综上可知，本发明提供的一种超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，(1)在组分上，采用高过剩碳，Nb、Ti固定间隙原子，Si、Mn和P强化的成份体系,控制固溶碳原子含量，进而使得烘烤硬化值稳定；(2)在工艺上采用冷轧压下率设置在79％～82％；露点控制在≤-40℃。综上，本发明通过组分+工艺协同配合以达到控制得到BH稳定在35-70的超低碳烘烤硬化钢。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种超低碳烘烤硬化钢，其特征在于，按照质量百分比计，所述超低碳烘烤硬化钢的化学成分为：C：0.0018-0.0029wt％，Si：0-0.030wt％，Mn：0.6-0.7wt％，P：0.04-0.05wt％，S：0.005-0.015wt％，Alt：0.035-0.065wt％，Nb：0.006-0.010wt％，Ti：0.0020-0.0060wt％，B：0.0005-0.0012wt％，N≤0.0030wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的超低碳烘烤硬化钢，其特征在于，所述超低碳烘烤硬化钢的内部显微组织为铁素体。

3.如权利要求2所述的超低碳烘烤硬化钢，其特征在于，所述铁素体晶粒的尺寸为9-18um。

4.一种权利要求1-3任一所述超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括：

采用钢水冶炼获得连铸板坯；

所述连铸板坯进行热轧获得带钢；

5.如权利要求4所述的一种超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于，所述连铸板坯进行热轧获得带钢，包括：

6.如权利要求4所述的一种超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于，所述冷硬卷进行连续退火获得所述碳烘烤硬化钢，包括：

7.如权利要求6所述的一种超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于，所述加热段时间为120～200s，所述缓冷段时间为10～25S，所述快冷段的时间为30～60S。

8.如权利要求4所述的一种超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于，所述连续退火的气氛为氢气和氮气。