CN111748735A

CN111748735A - 一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为390MPa级带钢及生产方法

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Publication number: CN111748735A
Application number: CN202010571898.3A
Authority: CN
Inventors: 周文强; 谭文; 葛锐; 罗军; 周诗正; 丁涛
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2020-10-09

Abstract

一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为390MPa级带钢，其组分及wt%为：C：0.0008～0.0028%，Si:0.07～0.1%，Mn：0.5～0.7%，P:0.060～0.075%，S≤0.008%，Al：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.06%，Nb：0.006～0.022%，B：0.0005～0.0015%，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1.6~1.8r₉₀，应变硬化指数在0.18~0.19 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390MPa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390MPa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0.7～0.8 mm。

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。

中国专利申请号为CN201710077294.1的文献，公开了《一种390MPa级高强IF钢及其生产方法》，其包括加热、热轧、冷轧、连续退火和平整工序；所述高强IF钢成分的质量百分含量为：C≤0.0060%，Si 0.10～0.50%，Mn≤0.8%，P 0.040～0.080%，S≤0.010%，B 4～15ppm，N≤35ppm，Alt 0.020～0.060%，Ti 0.04～0.09%，其余为Fe和不可避免杂质。本方法采用成本较便宜的P元素固溶强化来提高超低碳钢的强度级别，并通过Ti元素固定钢中的间隙原子，保证钢板的非时效性，同时提高其冲压性能；通过控制炼钢、热轧、冷轧、连退及平整工艺，生产出一种抗拉强度高、延伸率高、r值高的冲压用冷轧板；具有实施难度小、成本较低、生产过程稳定、成品性能优异、性能稳定的特点。然而专利未对耐二次加工脆性进行描述，专利只通过添加Ti元素来固定间隙原子，未添加Nb元素,首先Nb对改善平面各向异性很有效，添加了Nb元素的钢具有更加优异的深冲性能，其次在退火过程中NbC沉淀比TiC沉淀有更高的溶解度，溶解度越高，则固溶碳增加，磷的偏析减少，更有利于降低的韧脆转变温度。因此专利只添加Ti元素来固定间隙原子，未采用Ti、Nb复合添加的方式，其韧脆转变温度难以达到-60℃以下。

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稳定在 -60℃以下，Ti及Nb用量少使成本降低不少于5%，表面无碳化边缺陷，能用于在更严寒地区的在低温二次加工性能优良的抗拉强度为390MPa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390MPa级带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.0008～0.0028%，Si: 0.07～0.1%，Mn：0.5～0.7%，P: 0.060～0.075%，S≤0.008%，Al：0.02～0.05 %，Ti：0.02～0.06%，Nb：0.006～0.022%， B：0.0005～0.0015%，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：0.063～0.073%。

优选地：Mn的重量百分比含量为0.55～0.65%。

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390MPa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650～690℃；

6）经常规酸洗后进行冷轧，控制冷轧总压下815～825℃，退火速度控制在180～250m/min；

8）进行缓冷，在冷却速度为6～11℃/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815～820℃。

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0.07～0.1%。

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，本发明设定锰含量为0.5～0.7%，优选地Mn的重量百分比含量在0.55～0.65%。

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0.060～0.075%，优选地P的重量百分比含量在0.063～0.073%。

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0.02～0.05%。

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0.0005～0.0015%。

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650～690℃，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。

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。

本发明之所以采用连续退火温度815～825℃，主要由于提高退火温度，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。综合考虑，连续退火温度在815～825℃。

本发明与现有技术相比，在保证钢带屈服强度270~298MPa、抗拉强度在390~425MPa，延伸率≥33%的前提下，能使塑性应变比在1.6~1.8r₉₀，应变硬化指数在0.18~0.19n₉₀；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%，钢板表面无碳化边及粘接的缺陷，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；

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650～690℃；

8）进行缓冷，在冷却速度为6～11℃/s下缓冷至640～660℃

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%）

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

续表2

表3 本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表

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℃，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-30℃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

1.一种在低温二次加工性能优良的抗拉强度为390MPa级带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.0008～0.0028%，Si: 0.07～0.1%，Mn：0.5～0.7%，P: 0.060～0.075%，S≤0.008%，Al：0.02～0.05 %，Ti：0.02～0.06%，Nb：0.006～0.022%， B：0.0005～0.0015%，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390MPa级带钢，其特征在于：P的重量百分比含量为：0.063～0.073%。

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390MPa级带钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量为0.55～0.65%。

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390MPa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390MPa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390MPa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；

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650～690℃；

8）进行缓冷，在冷却速度为6～11℃/s下缓冷至640～660℃

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390MPa级带钢的方法，其特征在于：连续退火温度在815～820℃。