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CN113106328A - 一种180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法 - Google Patents

一种180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法 Download PDF

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CN113106328A
CN113106328A CN202011339446.9A CN202011339446A CN113106328A CN 113106328 A CN113106328 A CN 113106328A CN 202011339446 A CN202011339446 A CN 202011339446A CN 113106328 A CN113106328 A CN 113106328A
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潘利波
左治江
张良
曾凡琮
余五新
李涵
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Jianghan University
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Abstract

本发明公开了一种180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法，属于钢材制造技术领域。所述IF钢的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe。本发明180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法具有较高强度和良好的成形性能，具备优异的抗二次加工脆性，降低成本。

Description

一种180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢材制造技术领域，特别涉及一种180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法。
背景技术
IF钢是汽车车身用钢的重要产品之一，其主要原理为，在碳、氮含量很低的前提下，通过加入Nb、Ti等微合金元素与碳、氮结合形成碳氮化合物析出，从而使钢成为无间隙原子状态。随着轻量化的发展，高强IF钢通过在IF钢基础上添加固溶强化元素P、Mn、Si来提升强度成为制作部分车身外覆盖件和复杂加强件、结构件的理想选择。通常而言，汽车厂家对高强IF钢性能方面的要求除了因固溶强化效应带来的高强度，还需具备IF特有的良好成形性能，即高的延伸率、r值和n值。热镀锌纯锌镀层因能大大增强钢板的耐蚀性能，而受到汽车厂家特别是合资品牌厂家的青睐，热镀锌钢板成为车身零件的主要用钢。
高强IF钢中加入P等元素，极易产生偏聚，对二次加工脆性非常敏感，因此，抗二次加工脆性也是其性能评价的一个重要指标，其决定了钢板制成零件装车后的低温环境使用安全性。根据标准，产品二次加工脆性转变温度一般不能高于-40℃。一般而言，钢中加入一定量B元素，可以阻止P的偏聚，提升抗二次加工脆性。但在实际生产中，即使加入了P和B元素，高强IF钢的抗二次加工脆性仍然不佳，无法满足汽车厂家要求。
发明内容
本发明提供一种180MPa级热镀锌高强IF钢及其制备方法，解决了或部分解决了现有技术中高强IF钢的抗二次加工脆性不佳的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种180MPa级热镀锌高强IF钢，所述IF钢的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe。
基于相同的发明构思，本申请还提供一种180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，包括以下步骤：进行转炉冶炼，连铸后得到铸坯，所述铸坯的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe；将所述铸坯在加热炉内加热；进行热轧，热轧加热温度为1200℃～1260℃，终轧温度为910～950℃；进行卷取，卷取温度为710～750℃；进行酸洗；进行冷轧；进行退火及热镀锌，获得IF钢。
进一步地，所述冷轧的冷轧压下率为72～82％。
进一步地，所述热镀锌过程均热段温度800～820℃，出口段温度460～490℃，光整延伸率0.9％～1.1％。
进一步地，所述IF钢的微观组织为铁素体组织。
进一步地，所述IF钢的屈服强度180～230MPa，抗拉强度340～400MPa，伸长率(A80mm)≥37％。
进一步地，所述IF钢的r值(r90)≥1.9，n值(n90)≥0.19。
进一步地，所述IF钢的二次加工脆性转变温度≤-45℃。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于IF钢的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe，所以，本申请采用超低C、微合金和极低的S和N含量，微合金采用铌钛复合的成分配比，充分考虑强度和塑性效应，采用较低成本方案复合添加Si、Mn、P等固溶强化元素，所得产品具有较高强度和良好的成形性能，具备优异的抗二次加工脆性，由于严格控制了Nb和Ti的添加量，钢的抗二次脆性优异，拥有较高的r值，相比传统高强IF钢，二次加工脆性转变温度可降低10-20℃，同时r值可提升0.2以上，同时，由于添加的P、Nb和Ti元素含量均不高，且未添加B元素，相比常规高强IF钢合金成本降低，获得的IF钢具有较高的强度，良好的成形性能、高的表面质量、良好的耐蚀性能，可广泛用作轿车面板或内部结构件，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法的流程示意图；
图2为图1中180MPa级热镀锌高强IF钢的金相组织示意图。
具体实施方式
参见图1-2，本发明实施例提供的一种180MPa级热镀锌高强IF钢，其特征在于，所述IF钢的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe。
本申请具体实施方式由于IF钢的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe，所以，本申请采用超低C、微合金和极低的S和N含量，微合金采用铌钛复合的成分配比，充分考虑强度和塑性效应，采用较低成本方案复合添加Si、Mn、P等固溶强化元素，所得产品具有较高强度和良好的成形性能，具备优异的抗二次加工脆性，由于严格控制了Nb和Ti的添加量，钢的抗二次脆性优异，拥有较高的r值，相比传统高强IF钢，二次加工脆性转变温度可降低10-20℃，同时r值可提升0.2以上，同时，由于添加的P、Nb和Ti元素含量均不高，且未添加B元素，相比常规高强IF钢合金成本降低，可广泛用作轿车面板或内部结构件，具有显著的社会效益和经济效益。
高强IF钢要求将钢中间隙固溶的C、N原子完全消除，为获得成品钢材的良好深冲性能与优良的表面性能，要求钢中碳、氮、氧及夹杂物的含量尽可能低。
碳通过间隙固溶强化，可显著提高钢的强度，但是钢中的碳含量高对成形性能不利。故将其含量限定在0.0008～0.003％范围内。
硅有较强的固溶强化效果，可提高钢的强度，但是钢中加入硅元素不仅对成形性能不利，而且影响合金化热镀锌后的表面质量。所以，将其含量限定在0.06～0.10％范围内。
锰也是固溶强化元素，可提高钢的强度，但较高的锰含量对成形性能不利，尤其是钢中的固溶碳、氮原子较多时，锰对成形性能的严重损害是由于锰与间隙原子之间的交互作用而导致的。在本发明钢中，由于碳、氮原子完全被固定，所以锰的不良影响减少。考虑到实际强度要求，所以，将其含量限定在0.35～0.45％范围。
磷是固溶强化元素，是提高铁素体强度最高的元素。钢中加入适量的磷元素，其在提高钢的强度的同时，不降低钢的成形性能。但是，较高的磷元素会使有利织构减弱，降低钢的r值，同时磷过高会影响二次加工脆性。考虑磷元素对钢性能的综合影响，将其限定在0.03～0.04％范围内。
铝是作为脱氧剂加入的，保证钢水的纯净，但过多的铝含量会形成氧化铝夹杂。综合考虑钢中的Als含量控制在0.020～0.040％。
硫在本发明钢中属于控制元素，其含量越低越好，故将钢中硫含量控制在0.003％以下。
氮在钢中是有害元素，影响钢的成形性能。故将其含量控制在0.003％以下。
钛、铌是强C、N化物形成元素，钢中加入钛和铌的目的是固定钢中的间隙原子C和N，净化铁素体基体，从而使本发明钢种具有良好的成形性能。同时，铌、钛的加入可起到析出强化和细化晶粒的作用，但是，本发明认为过量的Nb和Ti会使钢中出现FePTiNb复合析出相，这类析出相形状不规则，会恶化抗二次脆性，这也是决定高强IF钢二次加工脆性的关键因素之一。根据Nb和Ti与C、N、S等元素间活跃与亲和程度不同，有着不同的结合次序。通常情况下，在Nb与Ti复合添加的高强IF钢中，Nb将优先与C元素结合，而Ti将与N和S等元素，根据其他元素含量，将Nb、Ti含量限定在Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％。
硼元素是典型的晶界强化元素,与P有强烈的协同作用，在高强IF钢中，加入少量硼被认为可减少P元素带来的晶界偏聚效应，降低钢的二次加工脆性转变温度，但本发明认为高强IF钢的FePTiNb复合析出相的产生对钢的二次加工脆性影响更大，因此，通过控制Nb和Ti与C、N、S等元素含量，使得钢种尽量少出现过量的Nb和Ti，达到抑制FePTiNb复合析出相产生的目的，从而实现抗二次脆性，因此，本发明中不需要添加硼元素。
本申请采用合理的合金成本设计，既保证了钢板具有较高的强度，又保证了钢板具有良好的成形性能、高的表面质量、良好的耐蚀性能。
基于相同的发明构思，本申请还提供一种180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法包括以下步骤：
进行转炉冶炼，连铸后得到铸坯，所述铸坯的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe；
将所述铸坯在加热炉内加热。
进行热轧，热轧加热温度为1200℃～1260℃，终轧温度为910～950℃。
进行卷取，卷取温度为710～750℃。
进行酸洗。
进行冷轧。
进行退火及热镀锌，获得IF钢。
高强IF钢中一方面单独或同时添加Nb与Ti来与碳、氮结合成碳氮化合物，以第二相粒子的形式析出，使钢成为无间隙原子状态，从而具有较好的深冲性能，另一方面通过添加Si、Mn、P等元素实现固溶强化，提升钢板的强度。
因为P元素对于提高强度而言性价比非常高，且增加强度的同时对塑性的恶化影响较小，但是P磷含量的增加会提高钢的韧脆转变温度，恶化钢的韧性，这是由于磷的晶界偏聚造成的。磷的晶界偏聚会增加钢的脆性，严重时造成晶界断裂，所以必须控制磷的偏聚，如何既能保持磷的有益作用又能消除磷偏聚带来的韧性降低，非常关键。现有技术中采用的是控制P元素的添加量，同时加入B元素。B作为典型的晶界强化元素,与P有强烈的协同作用。传统观点认为P和B复合添加的有益作用大于P和B单独添加的有益作用之和。然而，降低P含量，为了保证强度，必须补充更多的Mn和Si元素，这样一方面成本增加，另一方面会恶化钢板的塑性。此外，在很多情况下，即使控制了P元素含量，同时添加B，往往高强IF钢的抗二次脆性并不能达到理想的效果。同时，车身用钢的耐蚀性是决定汽车使用寿命的主要因素，用涂漆冷轧非涂层钢板做车体已不能满足耐腐蚀方面的要求，因此耐蚀性优良且具有较高强度且塑性较好的热镀锌高强IF钢受到汽车厂家的青睐。
本申请针对我国轿车轻量化对车身外覆盖件和复杂结构件强度、高成形性能、抗二次加工脆性、高表面质量和耐蚀性的技术要求，开发出了一种屈服强度180MPa级的汽车车身用热镀锌高强度钢。采用超低C、微合金和极低的S和N含量，微合金采用铌钛复合的成分配比，充分考虑强度和塑性效应，采用较低成本方案复合添加Si、Mn、P等固溶强化元素，保证IF钢具有满足要求的强度、良好的成形性能和优异的抗二次加工脆性，冶炼采用洁净钢生产技术，热轧应用控轧控冷工艺，酸轧采用大压下量，热镀锌过程采用高温退火，使IF钢具有较高强度和优异的塑性及较好的耐蚀性，保证IF钢具有较高的有利织构含量、良好的耐蚀性和高表面质量特征。
具体地，冷轧的冷轧压下率为72～82％，冷轧工艺中影响最终性能的是冷轧压下率，大的冷轧压下率有利于后续产品组织和性能的均匀性。。
具体地，所述热镀锌过程均热段温度800～820℃，由于在退火过程中要完成铁素体再结晶及晶粒长大和发展再结晶织构，所以退火直接决定了钢板的成形性能，退火过程的退火温度对高强IF钢而言是关键，需要控制在再结晶温度以上退火。出口段温度460～490℃，保证镀锌质量，光整延伸率0.9％～1.1％，有利于进一步保证性能与表面质量。
具体地，所述IF钢的微观组织为铁素体组织，晶粒度9.5级。
具体地，所述IF钢的屈服强度180～230MPa，抗拉强度340～400MPa，伸长率(A80mm)≥37％。
具体地，所述IF钢的r值(r90)≥1.9，n值(n90)≥0.19。
具体地，所述IF钢的二次加工脆性转变温度≤-45℃。
为了更清楚介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
Figure BDA0002798176650000071
Figure BDA0002798176650000081
表1化学成分组成
Figure BDA0002798176650000082
表2工艺参数
Figure BDA0002798176650000083
表3性能参数
参见表1-3，实例1-6在化学成分与工艺参数的实际结果都与本申请设计吻合，最后产品的性能也满足180MPa级热镀锌高强IF钢的要求，既保证了钢板具有较高的强度，又保证了钢板具有良好的成形性能、高的表面质量、良好的耐蚀性能。而对比实例1和对比实例2在部分元素的成分超出了设计范围，部分工艺参数在实际制造过程中也与设计不一致，导致最终的产品性能无法满足产品标准要求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种180MPa级热镀锌高强IF钢，其特征在于，所述IF钢的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe。
2.一种180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
进行转炉冶炼，连铸后得到铸坯，所述铸坯的化学成份重量百分比为：C：0.0008～0.003％；Si：0.06～0.10％；Mn：0.35～0.45％；P：0.03～0.04％；Nb：0.01～0.02％；Ti：0.015～0.025％；Als：0.020～0.040％；限制元素S：0.003％以下；N：0.003％以下，余量为Fe；
将所述铸坯在加热炉内加热；
进行热轧，热轧加热温度为1200℃～1260℃，终轧温度为910～950℃；
进行卷取，卷取温度为710～750℃；
进行酸洗；
进行冷轧；
进行退火及热镀锌，获得IF钢。
3.根据权利要求2所述的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于：
所述冷轧的冷轧压下率为72～82％。
4.根据权利要求2所述的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于：
所述热镀锌过程均热段温度800～820℃，出口段温度460～490℃，光整延伸率0.9％～1.1％。
5.根据权利要求2所述的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于：
所述IF钢的微观组织为铁素体组织。
6.根据权利要求2所述的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于：
所述IF钢的屈服强度180～230MPa，抗拉强度340～400MPa，伸长率(A80mm)≥37％。
7.根据权利要求2所述的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于：
所述IF钢的r值(r90)≥1.9，n值(n90)≥0.19。
8.根据权利要求2所述的180MPa级热镀锌高强IF钢的制备方法，其特征在于：
所述IF钢的二次加工脆性转变温度≤-45℃。
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