CN102719732A

CN102719732A - 热轧高强度双相钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN102719732A
Application number: CN2012102206230A
Authority: CN
Inventors: 张爱文; 焦四海
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明提供了一种热轧高强度双相钢板及其制造方法。本发明的钢板化学成分重量百分含量为：C：0.10～0.13％，Si：0.85～1.15％，Mn：1.40～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Al：0.015～0.035％，N：≤0.006％，余量为铁和不可避免杂质。钢板组织为铁素体+马氏体的双相组织。本钢板的制造方法为：转炉吹炼→真空脱气→连铸或模铸后轧制成钢坯→加热→轧制分段冷却→卷取冷却。通过该方法生产制造2～6mm钢板具有较低的屈强比和较高的加工硬化率，适合制造结构件、加强件、车轮轮盘等构件，满足了汽车、工程机械等行业对先进高强度钢板的较高要求。

Description

热轧高强度双相钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强度钢板及其制造方法，特别涉及一种热轧双相钢板及其制造方法。

背景技术

传统汽车用低强度钢(LSS)和高强度钢(HSS)主要包括无间隙原子钢(IF)、高强度无间隙原子钢(IF-HS)、普碳软钢(MILD)、各向同性钢(IS)、烘烤硬化钢(BH)、碳锰钢(C-Mn)以及低合金高强度钢(HSLA)、双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)等三个种类的部分低强度级别品种。传统的高强钢大多通过固溶、析出和细化晶粒等手段作为其主要强化的方式。随着汽车产业的发展以及能源危机和环境问题的日益加剧，对车辆节能与安全的要求越来越高，为了满足车辆自重要求越来越轻以提高燃油经济性的需求，先进高强度钢(AHSS)或者超高强度钢(Ultra-HSS)应运而生。通常抗拉强度大于600MPa的钢种定为先进高强度钢(AHSS)或者超高强度钢，主要有以下五大类：低合金高强度钢、双相钢、相变诱发塑性钢、复相钢(CP)、马氏体钢(MP)。先进高强钢主要通过相变进行强化，组织中含有马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体。先进高强钢兼具高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高冲击过程中的能量吸收，以达到减重的同时保证安全性。

其中，热轧双相钢(Dual Phase steel，简称DP)因具有高强度和优良冲压性的配合，是先进高强钢中的重要组成之一。热轧双相钢的组织为铁素体基体上分布细小弥散的马氏体或贝氏体(一般在15％)，具有较好的延伸率和较高的加工硬化率。由于铁素体组织具有较低的屈服强度，且马氏体组织具有较高的抗拉强度，故该钢种所具有的双相组织使得其具备较低的屈强比和较高的延伸率，具有较好的抗疲劳强度和吸收能量的特点，适合制造结构件、加强件、车轮轮盘等构件。

授权公告号为CN100441724C的中国发明专利，公开了一种热轧双相钢的工艺，其中钢水中化学元素的重量百分成分(％)设计为：C：0～0.075％；Si：0.6～1.0％；Mn ：1.5～2.0％；Cr：0.4～0.6％；Als：0.010～0.080％；V：0.02～0.14％；其余为Fe和杂质元素。采取扎后分段式冷却工艺，终轧温度为800～900℃，卷取温度为400～500℃。

申请公布号为CN101880825A的中国发明专利，同样公开了一种热轧双相钢的生产工艺及其根据该生产方式所获得板材产品，该双相钢化学组成按质量百分数(％)控制为：C：0.06～0.16％，Si：0.10～0.50％，Mn：1.00～2.00％，Al：0.02～0.06％，Nb：0.01～0.08％，Ti：0～0.03％，并限制P≤0.1，S≤0.005，余量为Fe和其他元素杂质。采取连续冷却工艺，终轧温度为770-860℃，卷取温度<350℃。

上述两项发明专利的工艺流程中均添加了一定量的微合金元素Nb、V、Ti和贵重合金元素Cr、Ni、Mo来获得抗拉强度较高的双相钢产品，一方面增加了生产成本，另一方面也会对钢板的延伸性和焊接性等使用性能造成影响，并且通过上述两种方法所获得钢板的抗拉强度均不大于800MPa，难以满足汽车产业与机械工业领域日益发展的高强度和优成形性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度在800MPa级别的热轧高强度双相钢板及其制造方法，以较低的成本就可以满足汽车产业与机械工业领域中制造结构件、加强件、车轮轮盘等构件的低屈强比和高加工硬化率的要求。

为了实现上述目的，本发明在满足钢板性能参数要求且不添加昂贵合金元素的情况下，通过化学成分的合理设计和工艺流程的参数控制的优化来改变钢种组织类型和比例，以获得高强度且优质成形性的双相钢板。

本发明提供的热轧高强度双相钢板的化学成分设计(按重量百分含量计)为：C：0.10～0.13％，Si：0.85～1.15％，Mn：1.40～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Al：0.015～0.035％，N：≤0.006％，余量为铁和不可避免杂质。

将化学元素成分控制在相应范围的原因在于：

1)碳：碳是确保钢板组织和强度的关键元素。对于需要获得铁素体和马氏体双相组织的钢板而言，碳含量不能太高，否则铁素体形成需要很长的孕育期和孕育时间，不利于轧后的快速冷却。对于分段冷却而言，中间空冷时间需要很长才能析出铁素体，现有热轧生产线不能满足超长层冷和分段冷却模式要求。应适当降低碳含量，但不能太低，否则不能满足高抗拉强度的要求，因此本发明碳含量范围很窄，最佳碳含量是0.10～0.13％。

2)硅：硅对于双相钢而言，是一个很重要的廉价合金元素，其能促进铁素体的形成。因此本发明采用较高的硅含量既促使铁素体相变开始线左移，又能提高强度。但硅含量不宜太高，过高的硅含量会使钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面红色氧化皮严重，表面质量较差，并且硅含量高影响钢板的焊接性能。综合考虑硅各方面的影响，本发明硅含量为0.85～1.15％。

3)锰：锰是廉价的稳定奥氏体组织与强化合金元素，其能力仅次于合金元素镍。同时，锰还可以增加钢的淬透性，降低贝氏体和马氏体形成的临界冷却速度，能有效降低轧后分段冷却中第一段水冷的冷却速度，利于得到贝氏体或者马氏体组织。但是，锰具有较高的偏析倾向，其含量不能太高，一般低碳微合金钢中锰含量不超过2.0％。锰的加入量主要取决于钢的强度级别。本发明锰的含量应控制在1.4～1.7％。锰在钢中还和铝一起共同起到脱氧的作用。

4)硫和磷：硫在钢中与锰化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性均不利，因此硫的含量应尽可能地控制在最低范围。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好。考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求P：≤0.015％、S：≤0.005％。

5)铝：铝是强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，铝的含量应尽量控制在0.015～0.035％。脱氧后多余的铝和钢中的氮元素能形成AlN析出物，提高强度并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。

进一步，本发明还提供上述钢板的制造方法，具体优化的工艺流程如下：

1.转炉吹炼和真空处理：目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整，并对于所含的化学元素进行成分控制(以重量百分含量计)为：C：0.10～0.13％，Si：0.85～1.15％，Mn：1.40～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Al：0.015～0.035％，N：≤0.006％，余量为铁和不可避免杂质。

2.连铸或模铸：保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，模铸的钢锭需轧制成钢坯。

3.加热和轧制：由于本发明不添加微合金元素，故较一般微合金钢而言，可以降低加热温度不仅可起到细化原始奥氏体晶粒的作用还可节省生产能源。将连铸坯或钢坯在1100～1150℃的温度下加热。在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内经多道次轧制成钢板，因为不添加微合金元素，故需要较大的压缩比(再结晶区轧制细化奥氏体晶粒和未再结晶区轧制以细化后续的铁素体和马氏体晶粒)，总压下率≥80％，终轧温度820～860℃，较低的终轧温度有利于连铸坯或钢坯在轧后迅速地进入铁素体相区以析出部分铁素体(当然还需要与轧后第一段快速水冷相配合)。

4.轧后进行分段冷却：第一段水冷速度70～100℃/s，快速水冷目的是使材料迅速进入铁素体相区，中间空冷温度控制在620～660℃，空冷时间4～6s，空冷温度和时间的配合是为了获得适量的铁素体组织(体积分数80％左右)和较低的屈服强度，第二段水冷速度要求大于100℃/s，终冷温度≤200℃，第二段水冷的终冷温度优选150～200℃，其目的在于使未相变的奥氏体组织淬火成马氏体组织，提高钢材的抗拉强度。由于生产热轧双相钢的关键是控制热轧后的冷却方式，因此本方法可以通过控制相变组织类型和比例来得到双相钢板所需的性能。

5.终冷后的钢板卷取冷却至室温即可。

与现有技术相比，从化学成分方面上来说，由于钢板中含有适当的碳元素，并且其含量范围较窄，这样即确保了一定碳含量给钢板增加了抗拉强度，又减少了碳含量太高会导致铁素体形成需要孕育期的时间过长；适量的硅元素可以不仅可以促进铁素体相变开始线左移，还可以提高钢板强度；适当添加锰元素除可增加钢板的强度之外，还可以提升钢的淬透性能，降低贝氏体和马氏体形成的临界冷却速度。本发明采用廉价的合金元素C、Si、Mn不仅达到了之前采用昂贵的合金元素Cr、Ni、Mo所需达到钢板细晶强化、相变加强和强度提升的目的，还提高了钢板的强度、硬度和成形性能，减轻了钢板的重量，获得了抗拉强度级别为800Mpa的钢板，满足了汽车、工程机械等行业领域对此类钢板的要求。

从制造工艺方面上来说，本发明对于加热、轧制和轧后分段(分两段)冷却等步骤的工艺参数进行控制，尤其是充分利用了热轧机组较强的水冷能力和具备多种水冷模式的优势，在轧后采取分段冷却工艺，使冷却后的钢板组织呈现为铁素体+马氏体的双相组织。这样的双相组织赋予了钢板屈强比低、成形性好和加工硬化率高的特点。

通过该方法制造的钢板：屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A50≥15％，具有较高的强度、塑型性和成形性，较好的延伸性、焊接性、冷弯性等使用性能，满足了结构件、加强件、车轮轮盘等构件制造较高的要求。同时，该制造方法能减轻了钢结构自重，降低了制造成本，有效利用了资源，减少了污染量的排放。

附图说明

图1是轧后分段冷却示意图。

图2是利用光学显微镜测定2mm厚钢板具有铁素体+马氏体的金相组织的照片。

图3是利用光学显微镜测定4mm厚钢板具有铁素体+马氏体的金相组织的照片。

图4是利用光学显微镜测定6mm厚钢板具有铁素体+马氏体的金相组织的照片。

具体实施方式

通过以下五个实施例对本发明作进一步描述，实施例按照工艺流程进行操作。五个实施例的钢板化学成分设计见表3，工艺参数表见表4，由实施例而获得钢板的力学性能和组织构成见表5。

本实施例1-5按照如下工艺流程进行：1)转炉吹炼和真空处理；2)连铸或模铸；3)加热和轧制，加热温度为1100～1150℃，多道次轧制，总压下率≥80％，终轧温度820～860℃；4)分段冷却：第一段水冷速度70-100℃/s，中间空冷温度控制在620～660℃，空冷时间4～6s，第二段水冷速度要求大于100℃/s，终冷温度≤200℃，具体轧后冷却模式如图1所示，精轧终轧后迅速冷却到中间缓冷温度，在此温度区间缓冷一段时间以生成足够含量的铁素体，然后快速冷却到马氏体转变温度，使未转变的奥氏体转变为马氏体；5)卷取冷却至室温。

部分钢板金相组织如图2，3，4所示。从图中可见，本发明钢板的组织均为铁素体+马氏体。

表3为本发明实施例1-5的化学成分设计(按重量百分含量，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Ceq*
									1	0.10	1.05	1.55	0.008	0.002	0.033	0.0042	0.36
2	0.11	1.15	1.60	0.010	0.003	0.015	0.0045	0.38
									3	0.125	0.95	1.40	0.007	0.003	0.025	0.0041	0.36
4	0.125	1.01	1.68	0.007	0.002	0.035	0.0039	0.41
									5	0.13	0.85	1.70	0.008	0.002	0.020	0.0040	0.41

*Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/14

由表3可知，五个实施例的碳当量均较低，表明本发明的钢板具有良好的焊接性能。

表4为本发明实施例1-5的加热、轧制、分段冷却相关工艺参数

表5为通过本发明实施例1-5所获得钢板的力学性能和组织构成

备注：表5为按GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法而获得钢板的屈服强度、抗拉强度、延伸率及屈强比等参数。

从以上实施例可知，采用上述的化学成分设计和生产工艺参数进行加工获得的2～6mm厚成品钢板，其屈服强度≥450Pa，抗拉强度≥800MPa，屈强比≤0.65，延伸率A50≥15％，具有低屈强比，高加工硬化率，较高的强度、塑型和成形性能，较好的延伸性、焊接性等使用性能，优良的冷弯性能，特别适合制造结构件、加强件、车轮轮盘等构件，在生产成本降低的情况下，满足了汽车、工程机械等行业对先进高强度钢板的较高要求，具有广泛的市场应用前景和优质的经济效益价值。

Claims

1.一种热轧高强度双相钢板，其化学元素成分重量百分含量为，C：0.10～0.13％，Si：0.85～1.15％，Mn：1.40～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Al：0.015～0.035％，N：≤0.006％，余量为铁和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的热轧高强度双相钢板，其特征在于，所述钢板组织为铁素体与马氏体。

3.一种如权利要求1所述的热轧高强度双相钢板的制造方法，其步骤如下，

1)转炉吹炼；

2)真空脱气；

3)连铸或模铸；

4)加热，在1100～1150℃的温度下加热连铸坯或钢坯；

5)轧制，多道次轧制总压下率≥80％，终轧温度为820～860℃；

6)分段冷却，第一段水冷速度70～100℃/s，中间空冷温度控制在620～660℃，空冷时间4～6s，第二段水冷速度要求>100℃/s，终冷温度≤200℃；

7)卷取冷却至室温。

4.如权利要求3所述的热轧高强度双相钢板的制造方法，其特征在于，所述步骤5)中在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内轧制。

5.如权利要求3所述的热轧高强度双相钢板的制造方法，其特征在于，所述分段冷却第二段水冷终冷温度为150～200℃。