CN116356201A - 一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢及其生产方法,属于冶金板材生产技术领域,其化学成分及质量分数按满足以下条件:C:0.07%~0.10%、Si:0.2%~0.5%、Als:0.02%~0.08%、Mn:2.3%~2.7%、B:0.002%~0.004%、Ti:0.03%~0.08%、Ca≤0.005%、P≤0.015%、S≤0.005%、N≤0.005%。本发明通过采用低碳‑去铬‑钛硼复合微合金化成分设计,显著降低了带钢的酸轧难度,适用于设计能力偏小的酸轧机组。结合缓冷‑快冷Ⅰ‑快冷Ⅱ的分段冷却工艺,所获产品的均匀延伸率≥9.4%,扩孔率≥25.0%。
Description
技术领域
本发明属于冶金板材生产技术领域,更具体地说,涉及一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢及其生产方法。
背景技术
双相钢具有出色的强塑性匹配,被广泛应用于汽车结构件、加强件和防撞件,在高强度汽车板中占有十分重要的地位。实际生产中,冷轧双相钢一般采用连续退火方式进行热处理,常规的连续退火炉一般包括预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段。根据退火炉所采用的冷却技术,相同强度级别冷轧双相钢的合金元素含量和种类有所不同。对于采用高速气体喷射快冷的退火机组,抗拉强度780MPa级及以上的冷轧双相钢合金含量往往较高。采用常规的C、Si、Mn、Cr合金成分设计,难以获得突出的成形性能,尤其是局部变形能力(翻边、弯曲)。钢铁企业大多在常规成分的基础之上进行微合金化设计。直接带来的问题的是:轧制难度加大,合金成本增加。
面对日益激烈的市场竞争环境,整体平衡生产难度、合金成本和产品性能是个重要课题,现有技术已经提供了一些思路。马钢(中国专利CN113787098A)公开了一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法,通过规范原料组织性能,合理设计压下规程、辊径大小、最大轧制速度以及变形抗力模型,在设计能力偏小的酸轧机组之上实现工业生产。采用360~450mm小辊径,可以有效降低轧制力。但是,对于极限规格,轧制难度依然容易临近设备能力的安全线,增加设备损耗。并且,对于设计能力偏小且设计之初采用大辊径的酸轧机组,需要进行设备改造。马钢(中国专利CN115386693A9)公开了一种抗拉强度590MPa级冷轧双相钢的连续退火方法,通过合理设计快冷Ⅰ和快冷Ⅱ的结构布局和工艺参数,精准控制贝氏体含量和形态,达到了稳定产品强度和得高产品塑性的效果。具体为:快冷Ⅰ段和快冷Ⅱ段间距≤2m,快冷Ⅰ温度500~530℃,快冷Ⅰ冷速50~100℃/s,快冷Ⅱ温度310~350℃,快冷Ⅱ冷速15~40℃/s。由于抗拉强度较低,成分上没有添加微合金元素Nb、Ti、V、Mo。马钢(中国专利CN111172466A)公开了一种塑性增强的抗拉强度590MPa级冷轧双相钢及其生产方法,通过采用钛硼复合微合金化的低碳-低锰成分设计和480~530℃的低温卷取工艺,细化晶粒,消除带状组织,从而获得优异的均匀延伸率、局部延伸率和断后延伸率。方案中,Ti含量为0.015~0.030%,B含量为0.0004~0.0012%。在酸轧机组设计能力偏小的条件下,以上技术方案中均不是生产难度、合金成本和产品性能的综合解决方案。
发明内容
1.要解决的问题
针对高塑性780MPa级冷轧双相钢难以轧制的问题,本发明提供一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢及其生产方法,利用该方法生产出的高塑性钢易酸轧,适用于设计轧制力且电机额定功率不高的酸轧机组。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢,化学成分及质量分数按%计满足以下条件:C:0.07%~0.10%、Si:0.2%~0.5%、Als:0.02%~0.08%、Mn:2.3%~2.7%、B:0.002%~0.004%、Ti:0.03%~0.08%、Ca≤0.005%、P≤0.015%、S≤0.005%、N≤0.005%,余量为Fe和不可避免的杂质;具有如下的主体组织:铁素体的面积率为55%~70%,马氏体+贝氏体+马奥岛的面积率为30%~45%,0.8≤马氏体+马奥岛的面积率/贝氏体的面积率≤5.0。
一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢生产方法,包括以下步骤:冶炼、连铸、热轧、酸轧和连续退火。
所述连铸步骤,铸坯厚度210~250mm。
所述热轧步骤,板坯加热温度1200~1260℃,卷取温度520~680℃。卷取之后的热轧卷进行室温冷却,冷却之后抗拉强度500~650MPa,屈强比0.70~0.85。
所述酸轧步骤,总压下率45%~70%,轧后带钢厚度0.4~2.5mm,带钢宽度800~1600mm。
进一步的,酸轧机组采用六辊五机架连轧,F1~F5机架的设计轧制力为2200~2500t,优选的为2200t,实际运行过程中机架轧制力不超2000t,F5机架工作辊为毛化辊;工作辊直径为360~550mm,优选的为450~550mm。
所述连续退火步骤,加热温度为770~820℃,保温以后进行缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却,具体为:以7.0~16.0℃/s的速率缓冷至660~700℃,接着采用高速气体喷射快冷技术,以50~120℃/s的速率快冷至460~510℃,再以15~30℃/s速率快冷至270~320℃。
冷却结束之后进行过时效,温度控制在250~300℃,时间5.5~12min。
过时效之后进行终冷,温度控制在170℃以下;
终冷之后进行水淬,温度控制在50℃以下。
进一步的,连续退火后,进行平整,平整延伸率为0.2%~1.0%。
进一步的,快冷Ⅰ和快冷Ⅱ结构上前后相邻,且间距≤2m。
进一步的,所述780MPa级冷轧双相钢的抗拉强度为780~850MPa,均匀延伸率≥9.4%,扩孔率≥25.0%,横向试样180°弯曲试验达到弯径2a的要求,a为钢板厚度。
化学成分是钢铁材料的根基,成分设计缺陷往往很难通过后续工序消除。Nb、Ti、V、Mo都是常见的微合金元素,但对合金成本、产品塑性和轧制难度的影响有所差别。Nb、Mo、V的原料价格相较于Ti昂贵,且Nb、Mo具有很强的细晶强化和析出强化作用,能提高产品塑性,但同时带来轧制难度大的问题,其轧制难度通常大于Ti、V。因此,本发明去除Nb、V、Mo,加入价格更低廉的Ti,提高产品塑性的同时,不增加轧制难度。Mn和Cr都是提高奥氏体淬透性的元素,但影响有所不同。Mn对铁素体有较强的固溶强化作用,可以减小软硬相的组织硬度差,对翻边性能有利。Cr通常和微合金元素存在共析行为,提高带钢轧制难度。因此,本发明不添加Cr,为了保证奥氏体淬透性,Mn含量不能低于2.3%。B亦是提高奥氏体淬透性的元素,显著降低P的晶界偏析,抑制夹杂在晶界偏聚,从而强化晶界,提高钢板成形性能,B的添加能提高均匀延伸率和扩孔率,其含量小于0.002%时,技术效果不佳,均匀延伸率和扩孔率不易达不到预期效果。但是B的化学活性强,易与N、O结合,因此本发明利用Ti固定N,通过添加高于现有技术含量的Ti,实现塑性的提高和轧制难度的减小。当Ti含量小于0.03%时,技术效果不佳,均匀延伸率和扩孔率不易达不到预期效果。
工艺影响组织性能。热轧生产时采用520~680℃的卷取温度,可以保证热轧卷的组织以铁素体和珠光体为主,获得抗拉强度为500~650MPa且屈强比为0.70~0.85的热轧卷,减小后续的酸轧难度。工业生产中,冷轧双相钢一般在连续退火炉中进行热处理。当缓冷段长度较短,即缓冷速度≥7℃/s时,双相钢的铁素体含量往往不高,若采用目前常规的退火工艺设计,产品塑性很差,使用过程中频频出冲压开裂。本发明采用缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却,辅以合理的结构设计和工艺设计,可以获得适量的贝氏体,从而提高双相钢的翻边性能。当快冷Ⅰ和快冷Ⅱ的间距>2m或者快冷Ⅱ冷速<15℃/s或者快冷Ⅰ温度>510℃时,将促进贝氏体的形成,马氏体含量减少,马氏体+马奥岛的面积率/贝氏体的面积率容易小于0.8,抗拉强度达不到780MPa。当快冷Ⅰ温度<460℃或者快冷Ⅱ冷速>30℃/s时,贝氏体减少,马氏体+马奥岛的面积率/贝氏体的面积率容易大于5.0,翻边性能下降,扩孔率小于25%。当过时效温度>300℃,马氏体回火加剧,抗拉强度降低。
本发明采用较高的卷取温度,卷取温度越高,其带状组织越严重,塑性越低,但本发明惊奇地发现,利用本发明的成分配比制得的钢在较高的卷取温度处理后,带状组织较差的情况下,仍能保持高塑性,其均匀延伸率≥9.4%,扩孔率≥25.0%,且轧制难度低,可在设备能力较小的酸轧机组之上实现工业生产。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明通过采用低碳-去铬-钛硼复合微合金化成分设计,结合520~680℃的卷取温度,显著降低了780MPa级微合金化双相钢酸轧难度,实际机架轧制力不超2000t,在设备能力较小的酸轧机组之上实现了工业生产;
(2)本发明通过采用低碳-去铬-钛硼复合微合金化成分设计,结合缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却工艺,获得了具有0.8≤马氏体+马奥岛的面积率/贝氏体的面积率≤5.0特征的组织,所得钢均匀延伸率≥9.4%,扩孔率≥25.0%,横向试样180°弯曲试验达到弯径2a的要求,a为钢板厚度,提高了产品对组织细化程度和带状组织的容忍度;
(3)本发明没有添加昂贵的Nb、Mo、V微合金元素,成本优势显著。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述,但是应当知道,这些附图仅是为解释目的而设计的,因此不作为本发明范围的限定。此外,除非特别指出,这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造,而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实施例1的扫描组织图,图中:F为铁素体;M为马氏体;MA为马奥岛;M/B为马氏体和贝氏体的混合体。
图2为本发明实施例1的金相组织图。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图,该附图形成描述的一部分,在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明,但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围,而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述,以提出执行本发明的最佳方式,并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此,本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
表1本发明各实施例的化学成分(wt%)
编号 | C | Si | Mn | Als | Ti | Ca | P | S | N | B |
实施例1 | 0.09 | 0.30 | 2.40 | 0.04 | 0.035 | 0.002 | 0.011 | 0.003 | 0.002 | 0.0035 |
实施例2 | 0.07 | 0.50 | 2.60 | 0.04 | 0.050 | 0.003 | 0.008 | 0.004 | 0.003 | 0.0020 |
实施例3 | 0.07 | 0.50 | 2.60 | 0.04 | 0.050 | 0.003 | 0.008 | 0.004 | 0.003 | 0.0020 |
对比例1 | 0.09 | 0.30 | 2.40 | 0.04 | 0.035 | 0.002 | 0.011 | 0.003 | 0.002 | 0.0035 |
对比例2 | 0.07 | 0.50 | 2.60 | 0.04 | 0.025 | 0.003 | 0.008 | 0.004 | 0.003 | 0.0010 |
表2本发明各实施例的工艺参数和热轧卷性能
表4本发明各实施例的成品性能对比
编号 | 厚度(mm) | 拉伸试样 | 抗拉强度(MPa) | 均匀延伸率(%) | 扩孔率(%) | 横向180°弯曲试验 |
实施例1 | 1.6 | 纵向 | 789 | 9.5 | 30.5 | 弯径2a合格 |
实施例2 | 1.0 | 纵向 | 794 | 9.8 | 31.0 | 弯径2a合格 |
实施例3 | 2.0 | 纵向 | 830 | 9.4 | 28.6 | 弯径2a合格 |
对比例1 | 1.6 | 纵向 | 771 | 9.6 | 32.2 | 弯径2a合格 |
对比例2 | 2.0 | 纵向 | 828 | 9.3 | 24.8 | 弯径2a合格 |
注:力学拉伸的测定方法采用国家标准GB/T 228.1-2010,试样类型为P6,试样方向为纵向,取样位置为带钢宽度的1/4处;扩孔率的测定方法采用国家标准GB/T 15825.4-2008,选用冲孔以及锥形凸模。
实施例1和对比例1的化学成分、轧制工艺基本相同,但退火工艺中的快冷Ⅱ冷却速度有所不同,结果对比例1的抗拉强度不足780MPa。从图1中可以看出,实施例1具有较为明显的带状组织;从图2中可以看出,实施例1具有铁素体+马氏体+贝氏体+马奥岛的混合组织,并且部分铁素体晶粒较为粗大,产品对组织细化程度和带状组织的容忍度较高,从而提高材料的塑性。实施例3和对比例2的轧制工艺和退火工艺基本相同,但Ti和B元素含量不同,对比例2的扩孔率不足25.0%。实施例3和实施例2的化学成分相同,卷取温度和退火工艺不同,尽管性能有所区别,但满足抗拉强度为780~850MPa,均匀延伸率≥9.4%,扩孔率≥25.0%,横向试样180°弯曲试验达到弯径2a的要求。
结果表明,低碳-去铬-钛硼复合微合金化的成分设计,可以显著降低酸轧难度,不仅适合设计轧制力小(2200~2500t)且轧机工作辊直径小(360~450mm)的酸轧机组(设备能力较小)生产,而且适合设计轧制力小(2200~2500t)且轧机工作辊直径大(450~550mm)的酸轧机组(设备能力更小)生产。其中,值得注意的是,在酸轧过程中,F1机架的轧制力最大,本发明中实施例3和专利CN113787098A中实施例2相比,总压下率、厚度和宽度相同,工作辊直径相近,但F1机架的轧制力减小270t,降幅达到15.7%,采用本发明方案生产的780MPa级冷轧双相钢,合金成本低,塑性良好,酸轧难度小。
Claims (10)
1.一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢,化学成分及质量分数满足以下条件:C:0.07%~0.10%、Si:0.2%~0.5%、Als:0.02%~0.08%、Mn:2.3%~2.7%、B:0.002%~0.004%、Ti:0.03%~0.08%、Ca≤0.005%、P≤0.015%、S≤0.005%、N≤0.005%,余量为Fe和不可避免的杂质,所述钢的抗拉强度为780~850MPa,均匀延伸率≥9.4%,扩孔率≥25.0%,横向试样180°弯曲试验达到弯径2a的要求,a为钢板厚度,所述钢经过酸轧,酸轧机组采用六辊五机架连轧,实际机架轧制力不超2000t。
2.根据权利要求1所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢,其特征在于,所述酸轧机组中F1~F5机架的设计轧制力为2200~2500t,工作辊直径为360~550mm。
3.根据权利要求2所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢,其特征在于,所述钢的结构为:铁素体的面积率为55%~70%,马氏体+贝氏体+马奥岛的面积率为30%~45%,0.8≤马氏体+马奥岛的面积率/贝氏体的面积率≤5.0。
4.一种生产权利要求1-3任一项所述易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的方法,其特征在于,包括以下步骤:冶炼、连铸、热轧、酸轧和连续退火。
5.根据权利要求4所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的生产方法,其特征在于,所述连铸步骤中,铸坯厚度为210~250mm;
所述热轧步骤中,板坯加热温度为1200~1260℃,卷取温度为520~680℃;
所述酸轧步骤中,总压下率为45%~70%,轧后带钢厚度为0.4~2.5mm,带钢宽度为800~1600mm。
6.根据权利要求5所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的生产方法,其特征在于,热轧卷取后得到的热轧卷的抗拉强度500~650MPa,屈强比0.70~0.85。
7.根据权利要求6所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的生产方法,其特征在于,所述连续退火步骤中,加热温度为770~820℃,保温以后进行缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却。
8.根据权利要求7所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的生产方法,其特征在于,所述分段冷却按以下步骤进行:以7.0~16.0℃/s的速率缓冷至660~700℃,接着采用高速气体喷射快冷技术,以50~120℃/s的速率快冷至460~510℃,再以15~30℃/s速率快冷至270~320℃,冷却结束之后进行过时效,温度控制在250~300℃,时间5.5~12min;过时效之后进行终冷,温度控制在170℃以下;终冷之后进行水淬,温度控制在50℃以下。
9.根据权利要求8所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的生产方法,其特征在于,快冷Ⅰ和快冷Ⅱ结构上前后相邻,且间距≤2m。
10.根据权利要求9所述一种易酸轧的780MPa级冷轧双相钢的生产方法,其特征在于,连续退火后,进行平整,平整延伸率为0.2%~1.0%。
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