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CN114045437A - 800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法 - Google Patents

800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法 Download PDF

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CN114045437A
CN114045437A CN202111354574.5A CN202111354574A CN114045437A CN 114045437 A CN114045437 A CN 114045437A CN 202111354574 A CN202111354574 A CN 202111354574A CN 114045437 A CN114045437 A CN 114045437A
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郑昊青
王敏莉
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Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明属于冷轧板带生产技术领域，具体涉及800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法。本发明所解决的技术问题是提供800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法。本发明通过对双相钢的化学成分的合理设计和制备工艺参数的调整，使得获得的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢屈服强度为455～525MPa，抗拉强度为810～880MPa，伸长率A80为23.0～29.0％；其微观组织由40～50％的铁素体、约25～30％的马氏体、5～25％的贝氏体和5～10％的残余奥氏体构成。

Description

800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冷轧板带生产技术领域，具体涉及800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，为减轻车身重量同时提高其安全性能，汽车用钢向高强度化发展已成为一种必然的趋势。采用高强度钢板替代传统材料，可明显提高能量吸收能力、扩大弹性应变区、增加构件的抗变形能力，在保持高成形性的同时提高了抗凹陷性能，为实现汽车轻量化创造了条件。双相钢是使用最为广泛的高强度钢，其组织主要由较软的铁素体基体和强度较高的马氏体组成，这种组织的性能特点为较低的屈强比、较高的强度等，适合进行冲压成形零件的生产；但随着汽车轻量化的推进，双相钢用量越来越大，高强度级别产品替代低强度级别产品已成为不可逆趋势，强度上升后难以达到低强度产品相应的塑性，复杂(特复杂)零件冲压过程容易出现开裂，当前800MPa级冷轧双相钢的塑性(要求延伸率A80≥14％)已满足不了复杂(特复杂)零件的需求，需要大幅提高塑性(延伸率A80≥20％)，需要通过引入一定量的残余奥氏体发生TRIP效应来实现高塑性。
专利CN109825768A公开了一种780MPa级超薄规格热镀锌双相钢及其制备方法，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.03％～0.07％，Si：0.001％～0.10％，Mn：1.00％～1.80％，P≤0.012％，S≤0.006％，Al：0.60～1.20％，Nb：0.010～0.050％，Ti：0.010～0.050％，Cr：0.10～0.30％，Mo：0.20～0.40％，N≤0.004％，Ni≤0.20％，Cu≤0.20％。其轧制工艺采用终轧温度为820～900℃其热轧板的厚度为0.6～1.6mm，终轧后快速冷却，快冷速率≥20℃/s，卷取温度为550～650℃、冷轧压下率控制在30％～70％；热镀锌包括带钢加热、均热、缓冷、快冷、均衡保温、热镀锌，其中均热温度780～850℃，均热时间30～200s，保温后的带钢进行冷却，冷却速度≥30℃/s，退火炉内露点-15～-60℃，炉内氢气含量H2在1～10％，带钢入锌锅时的温度450～500℃，锌液温度450～470℃，锌液铝含量0.15～0.25％；带钢以≥15℃/s的冷速冷却至200℃以下。该专利含有较多贵金属元素Nb、Mo等合金，使得成本增加，热轧板厚度较薄，自然温降大，工艺稳定控制难度较大。此外，其未对不同厚度规格产品进行工艺上的微调，难以实现产品性能的稳定可控。
同时，中国专利CN110331341A公开了了高成型性能高强度热镀锌双相钢及其生产方法，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.05～0.10％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.50～2.50％，Cr：0.40～1.00％，Mo：0.10～0.50％，Al：0.02～0.06％，Nb：0.010～0.050％，V：0.04～0.10％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.006％余量为Fe和不可避免的杂质。热轧工序中，精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为840～920℃，卷取温度为580～630℃；冷轧压下率为40～70％；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；所述氧化炉内加热温度控制在690～750℃，热镀锌退火工序退火温度为760～800℃，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。该钢化学成分中含有贵重合金Mo、Nb和相对较多的Cr导致合金成本上升；此外，其未对不同厚度规格产品进行工艺上的微调，难以实现产品性能的稳定可控。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢及其制备方法。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括：C：0.16～0.21％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.75～2.40％，Als：0.50～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.0060％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括：C：0.165～0.205％，Si：0.25～0.35％，Mn：1.85～2.05％，Als：0.65～0.80％，P≤0.010％，S≤0.005％，N≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。
其中，所述800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，屈服强度为455～525MPa，抗拉强度为810～880MPa，伸长率A80为23.0～29.0％。
其中，所述800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的微观组织由40～50％的铁素体、25～30％的马氏体、5～25％贝氏体和5～10％的奥氏体构成。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，包括如下步骤：
a、冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼，铸造成板坯；
b、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、粗轧、精轧和层流冷却后获得热轧卷；
c、酸轧工序：将热轧卷酸洗后，冷轧成0.7～2.5mm的薄带钢；冷轧压下率为50～74％；
d、热镀锌工序：将薄带钢经过热镀锌退火后，制得所需热镀锌双相钢。
其中，所述步骤b中，终轧温度为860～930℃。
其中，所述步骤b中，所述层流冷却采用前段冷却方式，上下表面冷却速率分别为40～50％和70～80％。
其中，所述步骤b中，带钢头尾卷取温度为670～730℃，带钢中部的卷取温度为630～680℃。
其中，所述步骤c中，随着薄带钢冷轧厚度的升高，冷轧压下率逐步减小。薄带钢厚度每增加0.3mm，热轧板的厚度进行相应调整，冷轧压下率降低4％。
其中，步骤d中，薄带钢经过分段加热，预热段加热至290～320℃，加热速度为15.0～20.0℃/s；加热一段加热至690～720℃，加热速度为4.0～10.0℃/s；加热二段和加热三段加热至765～795℃，加热速度为0.50～3.0℃/s。
其中，步骤d中，分段加热过程中，薄带钢厚度每增加0.6mm目标温度升高10℃。
其中，步骤d中，薄带钢经过分段加热后，均热保温25～90s后分别以1～5℃/s及10～25℃/s的速率，依次缓冷至680～740℃和快冷至450～470℃后，均衡保温后进行镀锌处理，其时间为10～40s，出锌池后以≥5℃/s冷却至室温。
其中，步骤d中，机组速度为70～160m/min。随着薄带钢冷轧厚度的增加机组速度逐步减小，其冷轧薄带钢厚度规格每增加0.3mm机组速度降低15m/min。
其中，步骤d中，平整延伸率范围为0.35～0.65％。材料厚度每增加0.3mm平整延伸率降低0.05％。
有益效果：本发明提供的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢屈服强度为455～525MPa，抗拉强度为810～880MPa，伸长率A80为23.0～29.0％；其微观组织由40～50％的平均晶粒尺寸为8.5μm的铁素体、约25～30％呈岛状分布的平均晶粒尺寸为2.0μm的马氏体、5～25％平均晶粒尺寸为4.5μm的贝氏体和5～10％的残余奥氏体构成。
本发明的双相钢化学成分中通过添加Si和Al抑制渗碳体产生，增加了奥氏体的稳定性，使得少量奥氏体保存至室温，在塑性变形过程中残余奥氏体发生相变诱导塑性(TRIP效应)从而大幅改善产品的延伸率。同时本发明双相钢中取消了贵重合金元素Mo、Nb、Ti等微合金元素的添加，降低了合金成本，而且合金含量降低，使得再结晶温度降低了冷轧负荷，从而实现较大的冷轧压下率，提高形变储能。
本发明在制备双相钢的热镀锌过程中，采用较低的均热温度，同时降低了合金和工艺成本，产生了良好的经济效益。而且根据产品厚度进行各工艺的微调，通过柔性控制使得产品性能稳定可控。
附图说明
图1为本发明实施例2的双相钢的金相照片；图2为本发明实施例2制得双相钢的扫描电镜图；图3为本发明实施例1制得双相钢的残余奥氏体含量测定图。
具体实施方式
本发明首先提供800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括：C：0.16～0.21％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.75～2.40％，Als：0.50～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.0060％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括：C：0.165～0.205％，Si：0.25～0.35％，Mn：1.85～2.05％，Als：0.65～0.80％，P≤0.010％，S≤0.005％，N≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。
下述合金元素在本发明800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的作用：
碳：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。并直接影响临界区处理后增强塑性双相钢中贝氏体、马氏体等的体积分数，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。需要增加大量的Mn、Cr等合金元素的含量来保证强度，从而导致成本增加。因此，本发明C含量为0.16～0.21％，优选为0.165～0.205％。
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，从而提高其稳定性过低的Si含量难以在室温获得残余奥氏体。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0.20～0.40％，优选为0.25～0.35％。
锰：添加Mn以在常规连续退火/镀锌作业线的冷却速率能力范围内提高淬透性。Mn还有助于固溶强化，这提高拉伸强度并强化铁素体相，由此有助于稳定残余奥氏体。Mn降低了复相钢的奥氏体至铁素体转变温度范围。此外，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。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1.75～2.40％，优选为1.85～2.05％。
铝：Al是强脱氧元素，为了保证钢中的氧含量尽可能的低，需要添加一定量的Al，同时，可溶Al常用作微合金元素来结合钢中的氮，弥散很细的AlN阻止奥氏体晶粒的长大。在γ-α转变过程中，AlN起成核作用，从而加速奥氏体转变。同时Al与Si相同具有抑制渗碳体产生的作用，有利于在室温条件下获得残余奥氏体；但添加多量的Al容易形成氧化铝团块。因此，本发明中Als含量为0.50～0.80％，优选为0.65～0.80％。
在化学成分的设计上，本发明通过添加Si和Al抑制渗碳体产生，增加了奥氏体的稳定性，使得少量奥氏体(约5％)保存至室温，在塑性变形过程中残余奥氏体发生相变诱导塑性(TRIP效应)从而大幅改善产品的延伸率。同时本发明双相钢中取消了贵重合金元素Mo、Nb、Ti等微合金元素的添加，降低了合金成本，而且合金含量降低，使得再结晶温度降低了冷轧负荷，从而实现较大的冷轧压下率，提高形变储能。
本发明还提供上述800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，包括如下步骤：
a、冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼，铸造成板坯；
b、热轧工序：将步骤a的板坯经过加热、除磷、粗轧、精轧和层流冷却后获得热轧卷；终轧温度为860～930℃；所述层流冷却采用前段冷却方式，上下表面冷却速率分别为40～50％和70～80％；采用U型卷取钢卷头尾100m的卷取温度为670～730℃、带钢中部的卷取温度为630～680℃，由于带钢头尾温降大，因此卷取温度与中部卷取温度不同。
c、酸轧工序：将步骤b中的热轧卷酸洗后，冷轧成0.7～2.5mm的薄带钢；冷轧压下率为50～74％，随着薄带钢冷轧厚度的升高，冷轧压下率逐步减小，薄带钢厚度每增加0.3mm，热轧板的厚度进行相应调整，冷轧压下率降低4％。
其中，由于产品越厚冷轧时的负荷越大，故随着热轧原料的厚度升高，其影响的冷轧压下率越来越低，因此，随着冷轧薄带钢冷轧厚度的升高，冷轧压下率逐步减小，冷轧薄带钢厚度每增加0.3mm，热轧板的厚度进行相应调整，冷轧压下率降低4％。
d、热镀锌工序：将步骤c中的薄带钢分段加热，预热段加热至290～320℃，加热速度为15.0～20.0℃/s；加热一段加热至690～720℃，加热速度为4.0～10.0℃/s；加热二段和加热三段加热至765～795℃，加热速度为0.50～3.0℃/s，薄带钢厚度每增加0.6mm目标温度升高10℃；然后均热保温25～90s后分别以1～5℃/s及10～25℃/s的速率，依次缓慢冷却至680～740℃和快速冷却至450～470℃后，均衡保温一段时间后进入锌池进行镀锌处理，其时间为10～40s，出锌池后以≥5℃/s的速度冷却至室温。
其中，热镀锌机组速度为70～160m/min。随着薄带钢冷轧厚度的增加机组速度逐步减小，其冷轧薄带钢厚度规格每增加0.3mm机组速度降低15m/min。平整延伸率范围为0.35～0.65％。材料厚度每增加0.3mm平整延伸率降低0.05％。
柔性控制的本质在于根据成品厚度的不同调整冷轧压下量(带钢厚度每增加0.3mm冷轧压下率降低4％)、加热一段、加热二段、均热温度(厚度每增加0.6mm目标温度升高10℃)、机组速度(厚度每增加0.3mm，机组速度降低15m/min)、平整延伸率(厚度每增加0.3mm平整延伸率降低0.05％)等手段实现性能的稳定控制即为柔性控制，其控制难点在于根据原料的不同对全流程工艺都要进行调整，精细的调控才能获得稳定可控的力学性能。
本发明中均热温度，即加热二段后的765～795℃保温过程，影响了两相区时铁素体与奥氏体的比例，对最终的组织与性能影响极大。
本发明将缓冷参数进行控制目的在于保证过冷奥氏体在高温下分解形成取向附生铁素体的量及剩余奥氏体的稳定性，以便于在冷却过程中保留残奥。
本发明的快冷终点及均衡镀锌的作用一方面是在带钢表面附着镀层起到防腐的作用，另外在此阶段形成少量贝氏体，实现剩余奥氏体的二次碳富集增强稳定性。
以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例
本发明提供了两组800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，其化成成分如表1所示；
表1800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢化学成分(wt.％)
实施例 C si Mn P S N Als
1 0.180 0.25 1.90 0.010 0.003 0.0024 0.70
2 0.200 0.30 2.00 0.006 0.002 0.0032 0.75
上述800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，具体工艺如下：
A、冶炼工序：经过冶炼工艺，制备如表1所示化学成分的双相钢板坯；
B、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，具体热轧工艺参数如表2所示；
表2 800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢热轧主要工艺参数
实施例 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 卷取温度/℃
1 1078 883 647
2 1063 917 635
C、酸轧工序：将热轧卷酸洗后，冷轧成薄带钢，其中实施例1薄带钢的厚度为1.0mm，其冷轧压下率为70.0％；实施例2薄带钢的厚度为1.9mm，其冷轧压下率为58.0％；
D、热镀锌工序：冷轧薄带钢预热段出口的带钢温度为300℃，两个实施案例的具体热镀锌工艺见表3和表4所示：
表3热镀锌工艺的参数控制要求
Figure BDA0003356866650000071
表4热镀锌工序温度要求
实施例 镀锌退火温度/℃ 缓冷终点温度/℃ 快冷终点温度/℃ 入锌池温度/℃
1 772 690 465 458
2 785 720 463 455
经上述工艺制备的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢其微观组织如图1和2所示，残余奥氏体含量如图3所示，按照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》测试上述冷轧双相钢性能，其力学性能如下表5所示：
表5 800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢力学性能
实施例 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率A<sub>80</sub>％
1 468 851 24.0
2 460 837 25.5

Claims (10)

1.800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，其特征在于：以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括：C：0.16～0.21％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.75～2.40％，Als：0.50～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.0060％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢，其特征在于：以重量百分比计所述双相钢的化学成分包括：C：0.165～0.205％，Si：0.25～0.35％，Mn：1.85～2.05％，Als：0.65～0.80％，P≤0.010％，S≤0.005％，N≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。
3.800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼，铸造成板坯；
b、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、粗轧、精轧和层流冷却后获得热轧卷；
c、酸轧工序：将热轧卷酸洗后，冷轧成0.7～2.5mm的薄带钢；冷轧压下率为50～74％；
d、热镀锌工序：将薄带钢经过热镀锌退火后，制得所需热镀锌双相钢。
4.根据权利要求3所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，满足以下至少一项：
终轧温度为860～930℃；
所述层流冷却采用前段冷却方式，上下表面冷却速率分别为40～50％和70～80％；
带钢头尾卷取温度为670～730℃，带钢中部的卷取温度为630～680℃。
5.根据权利要求3或4所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，薄带钢厚度每增加0.3mm，冷轧压下率降低4％。
6.根据权利要求3～5任一项所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：步骤d中，薄带钢经过分段加热：预热段加热至290～320℃，加热速度为15.0～20.0℃/s；加热一段加热至690～720℃，加热速度为4.0～10.0℃/s；加热二段和加热三段加热至765～795℃，加热速度为0.50～3.0℃/s。
7.根据权利要求3～6任一项所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：步骤d中，分段加热过程中，薄带钢厚度每增加0.6mm，目标温度升高10℃。
8.根据权利要求3～7任一项所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：步骤d中，薄带钢经过分段加热后，均热保温25～90s后分别以1～5℃/s及10～25℃/s的速率，依次缓冷至680～740℃和快冷至450～470℃后，均衡保温后进行镀锌处理，其时间为10～40s，出锌池后以≥5℃/s冷却至室温。
9.根据权利要求3～8任一项所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：步骤d中，机组速度为70～160m/min，其冷轧薄带钢厚度规格每增加0.3mm机组速度降低15m/min。
10.根据权利要求3～9任一项所述的800MPa级热镀锌用增强塑性双相钢的制备方法，其特征在于：步骤d中，平整延伸率范围为0.35～0.65％，材料厚度每增加0.3mm平整延伸率降低0.05％。
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