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CN111690874A - 一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢及生产方法 - Google Patents

一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢及生产方法 Download PDF

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CN111690874A CN202010572387.3A CN202010572387A CN111690874A CN 111690874 A CN111690874 A CN 111690874A CN 202010572387 A CN202010572387 A CN 202010572387A CN 111690874 A CN111690874 A CN 111690874A
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周文强
谭文
葛锐
胡厚森
肖厚念
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Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Wuhan Iron and Steel Co Ltd
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Abstract

一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其组分及wt%为：C：0.0008～0.0028%，Si:0.07～0.10%，Mn：0.30～0.50%，P:0.04～0.055%，S≤0.008%，Al：0.02～0.045%，Ti：0.02～0.06%，Nb：0.006～0.022%，B：0.0005～0.0013%，N≤0.002%；生产步骤：冶炼并浇铸成坯；铸坯加热；粗轧；精轧；卷取；酸洗后冷轧；连续退火处理；缓冷；快速冷却；时效处理；平整。本发明在保证力学性能前提下，使塑性应变比在1.8~2.0 r90，应变硬化指数在0.2~0.21 n90；二次加工脆性转变温度稳定在‑60~‑70℃，元素Ti及Nb量减少使成本降低不少于5%，钢板表面无碳化边及粘结缺陷，用于更严寒地区用汽车外覆盖件。

Description

一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢及 生产方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用钢及生产方法，具体涉及一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢及生产方法，其特别适用于北方严寒地区应用的汽车外覆盖件高强钢。
背景技术
随着汽车轻量化的发展，冷轧高强度钢在汽车外覆盖件用材上的比例越来越高。研究表明，约75%的油耗与整车质量有关，降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。汽车质量每下降10%，油耗下降8%，排放下降4%。而采用高强度钢板，原厚度为1.0～1.2 mm的车身钢板可减薄至0.7～0.8mm。
二次加工脆性是指钢板在冲压成型后，二次加工过程中因为受到低温的冲击而发生断裂的现象。二次加工脆性的敏感程度通常用韧脆转变温度来表示。IF钢的钢质纯净，晶界上缺乏固溶的C和N，使得晶界间结合力大幅降低，造成无间隙原子钢板在低温受到高速变形时发生沿晶断裂，即存在二次加工脆性现象。为了生产高强 IF 钢，常采用添加P元素固溶强化处理，由于P容易在晶界偏析，使其二次加工脆性现象更为明显，因此，如何有效提升材料的耐二次加工脆性，降低钢板的韧脆转变温度，以满足汽车工业发展的需求，成为了国内外一些钢铁企业和研究机构展开研究的课题。
现有技术中存在的不足：元素上有的由于均未将C元素与Ti、Nb元素进行匹配控制，在热轧时晶界上容易析出大量的FePTiNb复合析出相，从而弱化产品的二次加工性能，使二次加工脆化温度达不到－60℃或更低。工艺上较多技术采用罩式退火炉进行退火，采用罩式退火炉进行退火由于不仅成本较高，而且更重要的是容易在表面产生碳化边及粘结等表面缺陷，不符合汽车外覆盖件的表面质量要求，即不允许表面肉眼可见的影响表面完美的缺陷，如经检索的以下专利文献：
中国专利申请号为200610030716.1的文献，公开了《一种采用罩式炉生产高强度冷轧超深冲钢板的制造方法》，其化学成分质量百分比为：C≤0.006，Si≤0.30，Mn0.15～1.40，P≤0.08，S≤0.02，N 0.001～0.005，Al 0.03～0.06，B0.0003～0.002，Ti和Nb其加入量分别为：Ti－(48/14)N＝(0.005～0.015)、Nb－(93/12)C＝(0～0.03)，余Fe和不可避免杂质；按上述成分冶炼、铸坯；1100～1250℃加热后轧制，在Ar3以上温度的单相奥氏体区终轧；冷轧，冷轧压下73％以上率；退火，全氢或氮氢罩式炉退火，温度690－730℃；退火后平整。本发明钢板强度级别达390MPa，具有高延伸率和r值和高抗二次加工脆性的能力，韧脆转变温度小于－40℃。然而，该钢的Ti及 Nb的添加由于未受到S的限定，会影响韧脆转变温度；在工艺上采用罩式退火工艺，成本较高，表面容易产生碳化边、粘结等表面缺陷，不符合汽车外覆盖件的表面质量要求，同时该钢韧脆转变温度相对高，不能满足车身在-60℃以下低温环境下的耐二次加工脆性要求，由于其不仅成本较高，而且更重要的是容易在表面产生碳化边及粘结等表面缺陷，不符合汽车外覆盖件的表面质量要求，即不允许表面肉眼可见的影响表面完美的缺陷。
中国申请号为201210202281.X的文献，公开了《一种屈服强度220MPa级热镀锌高强钢》，其化学成分按重量百分比计组成为：C：0.0008～0.003%，Si：0.07～0.10%，Mn：0.35～0.50%，P：0.04～0.06％，Al：0.015～0.040％，Ti：0.02～0.04%，Nb：0.020～0.035%，B：0.0005～0.002%，S≦0.005%，N≦0.004％，O≦0.0030%，余量Fe和不可避免杂质。按上述成分冶炼、铸坯；1260～1290℃板坯加热后轧制，粗轧出口温度1070～1090℃，终轧温度910～940℃，以55～65℃/s的冷却速度层流冷却，卷取温度为710～740℃；冷轧，冷轧压下率67～82%；连续退火，退火温度815～825℃，冷却速度45～50℃/s；热镀锌，带钢入锌锅温度460～485℃，锌液温度454～466℃；光整，光整延伸率1.2～1.4%。该文献开发出的热镀锌高强度钢既具有较高强度，满足汽车工业对车身复杂结构件强度和刚度的要求，又具有良好的深冲性能，能顺利完成复杂变形，同时，本发明的产品具有较好的抗二次加工脆性能力，其二次加工脆化温度达到－60℃以下，并且该产品具有良好的耐蚀性。然而文献中未能揭示对韧脆转变温度有较大影响的元素之间的配比关系，特别是Ti、Nb元素的添加对韧脆转变温度的影响。文献中Nb元素0.020～0.035%，Nb的过量添加在热轧容易造成大量的Nb复合相析出，弱化耐二次加工脆性，使韧脆转变温度提高或者不能稳定的达到－60℃以下，同时添加过量Nb元素提高了制造成本。
中国专利申请号为201280064349.0的文献，公开了一种拉伸强度 340MPa 以上且低于 540MPa、耐二次加工脆性及缝焊部低温韧性及耐蚀性优异、可应用于燃料箱的冲压加工用热浸镀高强度钢板，其是在冷轧钢板的表面形成有热浸镀层的高强度钢板，所述冷轧钢板按质量％计含有 C ：0.0005 ～ 0.0050％、Si ：0.30％以下、Mn ：0.70 ～3.00％、P ：0.05％以下、Ti ：0.01 ～ 0.05％、Nb ：0.01 ～ 0.04％、B ：0.0005 ～ 0.0030％、S ：0.01％以下、Al ：0.01 ～ 0.30％、N ：0.0005 ～ 0.010％、余量 Fe 和不可避免的杂质，[Ti] 代表 Ti 含量( ％ )、[B] 代 表 B 含 量 ( ％ )、[P] 代 表 P 含 量(％ )，由下述式 (A) 定义的 TB* 为 0.03 ～ 0.06，[B] 和 [P] 满足下述式 (B)。TB* ＝ (0.11-[Ti])/(ln([B]×10000)) (A) ；[P] ≤ 10×[B]+0.03(B)。然而，该钢为热浸镀层钢板，并且韧脆转变温度为-50℃以上，不能满足车身在低温环境下的耐二次加工脆性要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证其力学性能的前提下，能使二次加工脆性转变温度达到 -60~-70℃，元素Ti及Nb量减少可使成本降低至少5%，能用于更严寒地区的在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢及生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.0008～0.0028%，Si: 0.07～0.10%，Mn：0.30～0.50%，P: 0.04～0.055%，S≤0.008%，Al：0.02～0.045%，Ti：0.02～0.06%，Nb：0.006～0.022%， B：0.0005～0.0013%，N≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质；并满足：Ti=（48/14）N+（48/16）1.5S+（48/12）1.5C，Nb=（93/12）C。
优选地：P的重量百分比含量为：0.043～0.053%。
优选地：Mn的重量百分比含量为0.32～0.42%。
优选地：Ti的重量百分比含量为0.030～0.050%。
优选地：Nb的重量百分比含量为0.010～0.018%。
生产一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢的方法，其步骤：
1）采用脱硫铁水，将产品按预定成分冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热：加热温度控制在1240～1280℃，保温在150～200min；
3）进行粗轧，控制粗轧温度在1060～1090℃；
4）进行精轧，控制终轧温度在900～940℃；
5）进行卷取，控制卷取温度在640～680℃；
6）经常规酸洗后进行冷轧，控制冷轧总压下率在65～82%；
7）进行连续退火处理，控制连续退火温度在825～835℃，退火速度控制在180～250m/min；
8）进行缓冷，在冷却速度为6～12℃/s下缓冷至640～660℃
9）进行快速冷却，在冷却速度为35～55℃/s下冷却至440～460℃；
10）进行过时效处理，控制过时效温度在430～370℃，过时效时间在3～5min 终冷温度在170～180℃；
11）进行平整，控制平整延伸率在1.0～1.4%。
优选地：连续退火温度在825～831℃。
本发明中各组分及主要工艺的机理及作用
C：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素， C可以作为固溶C在晶界偏析，抑制钢的二次加工脆性。但C含量过高，则会降低钢的深冲性能。同时会生成过剩的TiC和NbC， TiC和NbC会抑制退火时的晶粒生长，使r值降低。因此，C含量为0.0008～0.0028%。Si：硅是固溶强化元素，是一种经济型强化元素，具有很强的固溶强化作用。随着硅含量的增加，钢的强度显著提高，塑性和耐二次加工脆性明显下降，冷成型性和焊接性能下降。同时Si元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，严重影响材料的表面质量。因此，Si含量控制在0.07～0.10%。
Mn：锰是比较经济的强化元素，主要用来调节钢的强度，每添加1%左右的Mn可提高强度60MPa，需根据最终产品的强度级别决定添加量。一定量的Mn可以降低Ar3相变点，可以使热轧的终轧温度降低，使热轧钢板的铁素体晶粒细化，从而提高低温韧性。而Mn含量过高，则钢板的韧性会降低。因此，结合产品的强度级别，本发明设定Mn含量为0.30～0.50％，优选地Mn的重量百分比含量在0.32～0.42%。
P：磷是固溶强化元素，能够大幅的提高钢的强度、硬度，但也会明显降低钢的塑性。P含量过低，会增加精炼成本，同时增加其它合金元素的添加，不利于合金成本的控制。P含量过高，P在铁素体晶界偏析，晶界强度会降低，从而降低耐二次加工脆性。因此，综合考虑P元素对强度的贡献，P含量控制在0.04～0.055%，优选地P的重量百分比含量在0.043～0.053%。
S：硫是有害元素。钢中的S通过形成MnS等夹杂物，降低钢的塑性和韧性，因此，应尽可能地减少S含量，但考虑到脱硫所需的制造成本，S含量控制在不超过0.008%。
Al：在精炼工序中使钢脱氧，去除溶在钢液中的氧，同时Al还会抑制氮在铁素体内的固溶，形成AlN抑制晶粒的粗大化。Al含量过高，会使钢中的夹杂物增多，钢的韧性会降低。因此，Al含量控制在0.02～0.045%。
Ti和Nb：钛和铌是强C、N化物形成元素，可以固定钢中的间隙原子C和N，形成微细的Ti、Nb碳氮化物，抑制晶粒的粗大化。Ti和Nb含量过高，Ti元素在晶界析出的Ti碳氮化物会变粗大，降低钢的韧性，同时容易生成FeTiP相，弱化了P的固溶强化，而Nb元素析出NbC，使钢的二次加工脆性下降。
Ti元素在钢中的析出物及次序依次为：TiN、TiS、Ti4C2S2和TiC；而Nb元素主要是形成NbC。因此Ti和Nb元素的添加量需满足：Ti=（48/14）N+（48/16）1.5S+（48/12）1.5C，Nb=（93/12）C。因此综合考虑，Ti含量控制在0.020～0.060%，优选地Ti的重量百分比含量在0.030～0.050%；Nb含量控制在0.006～0.022%，优选地Nb的重量百分比含量在0.010～0.018%。
B：硼元素抑制P以及S在晶界偏析，有效的提高钢的耐二次加工脆性。而B含量过高，晶界上会生成粗大的BN，降低钢的耐二次加工脆性会，同时降低钢的热加工性和韧性。因此，B含量控制在0.0005～0.0013%。
N：氮元素形成AlN抑制晶粒的粗大化，但N含量过高，钢的韧性会降低。应尽可能地减少N含量，同时考虑到制造成本，N含量满足Ti=（48/14）N+（48/16）1.5S+（48/12）1.5C，N含量降低，有利于降低Ti含量，降低成本。因此，N含量控制在0.002%以下。
本发明之所以控制热轧卷取温度在640～680℃，由于降低卷取温度有利于得到更多的固溶碳，增强晶界结合强度，从而有助于降低韧脆转变温度，但卷取温度过低，不利于钢中第二相质点的析出和基体晶粒的粗化，会降低钢板的深冲性能。综合考虑，热轧卷取温度在640～680℃。
本发明之所以采用连续退火，一方面连续退火的表面质量控制较好，主要因为罩退是将钢卷一个个垒起来，在罩退退火炉内容易产生粘结、碳化边等表面质量缺陷，而连续退火是将钢卷展开，同时增加了钢板表面碱洗、漂洗等清洗工艺，钢卷表面十分光洁，本发明材料经常用于汽车外覆盖件的上面，对于钢板的表面质量要求较高。另一方面，连续退火相比罩式退火温度高，高温退火可以促进基体有利织构晶粒的形成，增加Ti、P在基体中的固溶度，不易形成FeTiP相。加热时间短，冷却速度快，能够有效的减少磷在晶界的偏聚。此外碳化物在高温退火下分解，增加固溶碳，进一步减少磷的偏聚，从而降低的韧脆转变温度。
本发明之所以控制连续退火温度在825～835℃，优选地连续退火温度在825～831℃，主要是由于提高退火温度，能够促进再结晶，提高钢板的深冲性能，同时耐二次加工脆性也会提高。因本发明钢板主要用于汽车外覆盖件，厚度往往小于1.0mm，若退火温度过高，容易在连续退火炉内产生热瓢曲、褶皱等质量缺陷，严重影响钢板在连续退火炉内的正常通板。
本发明与现有技术相比，在保证钢带屈服强度220~263MPa、抗拉强度在370~410MPa，延伸率≥36%的前提下，能使塑性应变比在1.8~2.0 r90，应变硬化指数在0.2~0.21n90；二次加工脆性转变温度稳定在-60~-70℃，由于Nb及Ti元素添加量的减少，还可使成本可比现有技术降低至少5%，且钢板表面无碳化边及表面粘黏的缺陷，能用于制备在更严寒地区应用的汽车外覆盖件高强钢。
附图说明
图1为本发明钢的金相组织图（全体素体）；
图2为现有技术在热轧时晶界上析出大量的FePTiNb复合析出相图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表；
各实施例均按照以下步骤生产：
1）采用脱硫铁水，将产品按预定成分冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热：加热温度控制在1240～1280℃，保温在150～200min；
3）进行粗轧，控制粗轧温度在1060～1090℃；
4）进行精轧，控制终轧温度在900～940℃；
5）进行卷取，控制卷取温度在640～680℃；
6）经常规酸洗后进行冷轧，控制冷轧总压下率在65～82%；
7）进行连续退火处理，控制连续退火温度在825～835℃，退火速度控制在180～250m/min；
8）进行缓冷，在冷却速度为6～12℃/s下缓冷至640～660℃
9）进行快速冷却，在冷却速度为35～55℃/s下冷却至440～460℃；
10）进行过时效处理，控制过时效温度在430～370℃，过时效时间在3～5min 终冷温度在170～180℃；
11）进行平整，控制平整延伸率在1.0～1.4%。
表1 本发明各实施例及对比例的化学成分列表（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
说明：表1中Ti及Nb的值是经Ti=（48/14）N+（48/16）1.5S+（48/12）1.5C，Nb=（93/12）C公式计算而得。
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
续表2
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表3 本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
Figure DEST_PATH_IMAGE007
从表3可以看出，不同成品厚度的钢板，韧脆转变温度均低于-60℃，甚至-70℃，同时具有较高的强度和较好的深冲性能。从对比例可以看出，对比例的韧脆转变温度达到-35℃以上，主要由于添加了过量的Ti或者Nb，热轧时晶界上析出大量的FePTiNb复合析出相（如图2所示），析出物形状不规则，大小不一，严重影响钢板的韧脆转变温度。
以上实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (7)

1.一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.0008～0.0028%，Si: 0.07～0.10%，Mn：0.30～0.50%，P: 0.04～0.055%，S≤0.008%，Al：0.02～0.045%，Ti：0.02～0.06%，Nb：0.006～0.022%， B：0.0005～0.0013%，N≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质；并满足：Ti=（48/14）N+（48/16）1.5S+（48/12）1.5C，Nb=（93/12）C。
2.如权利要求1所述的一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其特征在于：P的重量百分比含量为：0.043～0.053%。
3.如权利要求1所述的一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量为0.32～0.42%。
4.如权利要求1所述的一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.030～0.050%。
5.如权利要求1所述的一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢，其特征在于：Nb的重量百分比含量为0.010～0.018%。
6.生产如权利要求1所述的一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢的方法，其步骤：
1）采用脱硫铁水，将产品按预定成分冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热：加热温度控制在1240～1280℃，保温在150～200min；
3）进行粗轧，控制粗轧温度在1060～1090℃；
4）进行精轧，控制终轧温度在900～940℃；
5）进行卷取，控制卷取温度在640～680℃；
6）经常规酸洗后进行冷轧，控制冷轧总压下率在65～82%；
7）进行连续退火处理，控制连续退火温度在825～835℃，退火速度控制在180～250m/min；
8）进行缓冷，在冷却速度为6～12℃/s下缓冷至640～660℃
9）进行快速冷却，在冷却速度为35～55℃/s下冷却至440～460℃；
10）进行过时效处理，控制过时效温度在430～370℃，过时效时间在3～5min 终冷温度在170～180℃；
11）进行平整，控制平整延伸率在1.0～1.4%。
7.如权利要求6所述的一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为370MPa级带钢的方法，其特征在于：连续退火温度在825～831℃。
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