CN114411055A

CN114411055A - 一种220MPa级烘烤硬化高强钢及其生产方法

Info

Publication number: CN114411055A
Application number: CN202111654940.9A
Authority: CN
Inventors: 王立辉; 齐建军; 孙力; 潘应君; 柯德庆; 宋青; 董伊康; 张青; 赵林林
Original assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST; HBIS Co Ltd
Current assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST; HBIS Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-29

Abstract

本发明公开了一种220MPa级烘烤硬化高强钢及其生产方法，其化学成分组成及其质量百分含量为：C≤0.0013%，Si 0.031%～0.037%，Mn 0.53%～0.59%，P≤0.010%，S≤0.003%，Al 0.067%～0.079%，Nb≤93C/12，Ti 0.0030%～0.0060%，N 0.0045%～0.0065%，余量为Fe和不可避免的杂质。本高强钢避免了P含量高导致二次加工脆性，避免了微合金元素含量高带来的成本大幅增加，合理利用铁水中残存的Si元素和钢水中残存的N元素，获得强度的同时，保证了烘烤硬化性能和良好的时效性能；本高强钢性能指标为：屈服强度240～252MPa，抗拉强度350～375MPa，延伸率≥41%，塑性应变比r90≥2.0，n90≥0.21，BH值40～45MPa。

Description

一种220MPa级烘烤硬化高强钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种烘烤硬化钢及其生产方法，尤其是一种220MPa级烘烤硬化高强钢及其生产方法。

背景技术

烘烤硬化（Bake Hardening）钢是指该类钢板在退火、热镀锌平整后的供货状态下有较低的屈服强度，适合于冲压；所生产的冲压件在随后的涂漆烘烤过程中，受温度的影响，屈服强度得到提升；这个提升值就称为烘烤硬化值，简称BH值。烘烤硬化钢因具有较高的强度、良好的抗凹性及冷成形性能，在汽车外覆盖件上得到了广泛关注。烘烤硬化钢的基本原理是利用了钢板的应变时效现象，钢板中保持了一定的自由C和/或N原子，钢板在冲压成外覆盖件后，在经表面烤漆后，自由C和/或N原子扩散到微观组织中的位错处，形成柯氏气团促使零件的屈服强度增加，增加了零件的抗凹性能，实现了产品强度、深冲性能和零件抗凹陷性能三者的有机结合。

汽车外覆盖件除了要具有一定的强度、成形性能和抗凹性能外，还要求具有良好的烘烤硬化性能和抗时效性能，并且需要避免产生二次加工脆性。随着汽车轻量化制造的不断发展，如汽车四门两盖已由0.7mm减薄到0.65mm甚至0.60mm。因外覆盖件的逐渐减薄，烘烤硬化钢板也由180MPa级逐渐向220MPa级别过渡。对于220MPa级别烘烤硬化钢板的研究，专利公开号CN101497959A（武汉钢铁集团公司）公开的“屈服强度220MPa级冷轧烘烤硬化钢及其生产方法”，其化学成分C含量为0.05～0.10%，可以看出属于低碳烘烤硬化钢；但是该钢因C含量过高，固定C元素微合金量不足，工业化生产过程中，难以稳定控制固溶碳含量，导致烘烤硬化值不稳定，室温时效期仅能保证3个月以内，容易引起冲压开裂和钢板冲压时零件表面产生拉伸应变痕。专利公开号CN109161814A（唐山钢铁集团有限责任公司）公开的“一种超低碳烘烤硬化钢板及其生产方法”，其化学成分中P含量较高（0.045%～0.060%）；该材料难以用在我国北方尤其是东北极寒天气的环境中，遇到极寒天气，由于P元素的微观组织晶界偏析容易导致二次加工脆性产生零件开裂，从而引起汽车安全事故；该材料采用单一Nb固定一部分C，会导致r值波动大，n值低，屈服强度高，需要较高的再结晶温度，导致性能不稳定的同时，高的再结晶温度引起能源浪费，而且工业化批量生产无法稳定与其它钢的衔接与过渡，导致产品合格率降低；同时结合其固溶C含量范围（0.0008～0.0015%）可以预见，其产品时效期不会超过3个月，超过3个月时再冲压时，容易引起冲压桔皮或开裂，这点上对于当下汽车发展方向尤其是新能源车制造需求需要保证时效期6个月，是非常不利于市场应用的。专利公开号CN105970094A（武汉钢铁股份有限公司）公开的“一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法”，其化学成分体系中，也是采用单一Nb微合金化，导致强度波动大，且塑性应变比（r值）低，镀层仅为电镀锌镀层，并未介绍通过连续退火生产线和热镀锌生产线生产冷轧连续退火产品的和热镀锌产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种烘烤硬化值稳定、耐时效性强且综合性能良好的220MPa级烘烤硬化高强钢；本发明还提供了一种工艺稳定可控的220MPa级烘烤硬化高强钢的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的化学成分组成及其质量百分含量为：C≤0.0013%，Si 0.031%～0.037%，Mn 0.53%～0.59%，P≤0.010%，S≤0.003%，Al 0.067%～0.079%，Nb≤93C/12，Ti 0.0030%～0.0060%，N 0.0045%～0.0065%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述93C/12为碳含量×93÷12。

本发明所述化学成分的质量百分含量为：C 0.0010%～0.0013%，Si 0.031%～0.037%，Mn 0.53%～0.59%，P≤0.010%，S≤0.003%，Al 0.067%～0.079%，Nb≤93C/12，Ti0.0030%～0.0060%，N 0.0045%～0.0065%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述化学成分还包括V 0.03%～0.05%和/或B 0.001%～0.004%。

本发明方法为：采用炼钢、热轧、冷轧和连续退火工序得到冷轧钢板，或采用炼钢、热轧、冷轧、连续退火和镀锌工序得到镀锌钢板。

本发明方法所述冷轧钢板的连续退火工序为：采用均热温度770～780℃进行退火处理，再以冷却段冷速20～25℃/s冷却到300～320℃进行时效处理150～200s，最后冷却到室温。

本发明方法所述镀锌钢板的连续退火工序为：采用均热温度780～790℃进行退火处理，再以冷却段冷速30～35℃/s冷却到460～480℃进行镀锌。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明通过合理的化学成分设计和工艺设计执行，尤其是，本发明钢板的Nb、Ti复合微合金化，辅以一定量C、N、Si、Mn以及其它元素固溶强化及析出强化，充分利用了一定量的低成本Si元素且不影响镀锌性能和充分利用了钢水中含有的N元素，降低了生产原料成本和脱氮的工艺成本；利用一定量的固溶N来获得稳定的烘烤硬化值,即BH值，而不是现有技术中完全依靠单一的固溶C来获得BH值；（2）利用退火温度调整NbC的高温分解量，来获得适量的游离碳，且采用了较低的热处理温度，节约了能源，符合国家“双碳”减排要求；（3）产品实现了良好的力学性能、烘烤硬化性能及表面镀层性能和耐腐蚀性能的220MPa级烘烤硬化高强钢，且具有良好的耐时效性，在6个月甚至8个月不发生时效，保证了车企在较长时间内冲压零件不产生时效表面无桔皮现象发生；（4）获得高的塑性应变比和高的应变硬化指数保证了成形性理想，无开裂现象；（5）变形后零件尺寸保持稳定及涂漆后良好的抗凹性能和耐腐蚀性能；（6）可用于制造轿发动机罩外板件、翼子板件及侧围外板件，体现了具有良好的市场应用前景。

本发明避免了P含量高导致二次加工脆性，避免了微合金元素含量高带来的成本大幅增加，合理利用铁水中残存的Si元素和钢水中残存的N元素，获得强度的同时，保证了烘烤硬化性能和良好的时效性能；本发明性能指标为：屈服强度240～252MPa，抗拉强度350～375MPa，延伸率≥41%，塑性应变比r90≥2.0，n90≥0.21，BH值40～45MPa。

本发明方法通过合理的化学成分设计和与之相匹配的工艺，所得钢板具有良好的力学性能、烘烤硬化性及耐时效性，保证了钢板冲压零件具有良好的抗凹性能和耐时效性能及零件尺寸稳定性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所得冷轧钢板的金相显微组织图；

图2是本发明所得镀锌钢板的金相显微组织图。

具体实施方式

实施例1-8：本220MPa级烘烤硬化高强钢及其生产方法具体如下所述。

（1）实施例1-4为采用炼钢、热轧、冷轧和连续退火工序，得到冷轧钢板；实施例5-8为采用炼钢、热轧、冷轧、连续退火和镀锌工序，得到镀锌钢板；所述冷轧钢板和镀锌钢板的炼钢和热轧工序的工艺相同。

1）所述炼钢工序：采用转炉、LF精炼和RH精炼过程；转炉炼钢终点氧300～500ppm，RH脱碳结束氧200～300ppm，采用TSO探头检测；合金加入量（钛铁、铌铁、锰铁、铝粒及钒和/或硼）根据碳氮含量加入，即1000*钢水重量*([目标成分]-[钢水成分])/(合金收得率*合金含量)。

2）所述热轧工序：发生第二相粒子的析出行为、奥氏体的形变和再结晶、铁素体转变。

3）所述冷轧工序：采用高的冷轧压下率，以获得良好的{111}平面有利织构，从而获得高的塑性应变比r值。所述冷轧钢板的冷轧压下率≥81%；所述镀锌钢板的冷轧压下率≥75%。

4）所述连续退火工序：热处理是决定发明钢板材料的微观晶粒尺寸、析出物的形态、分布、大小的关键环节，最终决定钢板的力学性能、烘烤硬化性能和时效性能。

①所述冷轧钢板的连续退火工序为：采用均热温度770～780℃进行退火处理，再以冷却段冷速20～25℃/s冷却到300～320℃进行时效处理150～200s，最后冷却到室温，平整压下率1.50～1.70%；所得冷轧钢板的厚度为0.60～0.70mm。

②所述镀锌钢板的连续退火工序为：采用均热温度780～790℃进行退火处理，再以冷却段冷速30～35℃/s冷却到460～480℃进行镀锌。

5）所述镀锌工序：镀锌后的钢板以10～20℃/s冷却到室温，光整压下率1.50～1.70%；所得镀锌钢板的厚度为0.60～0.70mm。

根据上述工艺过程，各实施例的具体生产工艺见表1，其中实施例1－4为冷轧连续退火处理交货产品工艺、实施例5－8为热浸镀锌交货产品工艺。

表1：各实施例的具体生产工艺

（2）各实施例所得产品的化学成分见表2，表2中余量为Fe和不可避免的杂质，本发明不仅局限于表2中化学成分。

表2：各实施例所得产品的化学成分

（3）由图1、图2可见，本方法所得冷轧钢板和镀锌钢板的金相组织均为铁素体，晶粒度均为8级；所得冷轧钢板和镀锌钢板的性能指标均为：屈服强度240～252MPa，抗拉强度350～375MPa，延伸率≥41%，塑性应变比r90≥2.0，n90≥0.21，BH值40～45MPa。各实施例所得钢板的力学性能、烘烤硬化性能和时效性能见表3。

表3：各实施例所得钢板的力学性能、烘烤硬化性能和时效性能

。

Claims

1.一种220MPa级烘烤硬化高强钢，其特征在于，其化学成分组成及其质量百分含量为：C≤0.0013%，Si 0.031%～0.037%，Mn 0.53%～0.59%，P≤0.010%，S≤0.003%，Al 0.067%～0.079%，Nb≤93C/12，Ti 0.0030%～0.0060%，N 0.0045%～0.0065%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种220MPa级烘烤硬化高强钢，其特征在于：所述化学成分的质量百分含量为：C 0.0010%～0.0013%，Si 0.031%～0.037%，Mn 0.53%～0.59%，P≤0.010%，S≤0.003%，Al 0.067%～0.079%，Nb≤93C/12，Ti 0.0030%～0.0060%，N 0.0045%～0.0065%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的一种220MPa级烘烤硬化高强钢，其特征在于：所述化学成分还包括V 0.03%～0.05%和/或B 0.001%～0.004%。

4.权利要求1、2或3所述220MPa级烘烤硬化高强钢的生产方法，其特征在于：采用炼钢、热轧、冷轧和连续退火工序得到冷轧钢板，或采用炼钢、热轧、冷轧、连续退火和镀锌工序得到镀锌钢板。

5.根据权利要求4所述的一种220MPa级烘烤硬化高强钢的生产方法，其特征在于，所述冷轧钢板的连续退火工序为：采用均热温度770～780℃进行退火处理，再以冷却段冷速20～25℃/s冷却到300～320℃进行时效处理150～200s，最后冷却到室温。

6.根据权利要求4所述的一种220MPa级烘烤硬化高强钢的生产方法，其特征在于，所述镀锌钢板的连续退火工序为：采用均热温度780～790℃进行退火处理，再以冷却段冷速30～35℃/s冷却到460～480℃进行镀锌。