CN102747276A - 一种相变诱导塑性钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变诱导塑性钢及其制备方法，属于冷轧热镀锌技术领域，其化学成分重量百分比分别为C0.18%-0.21%，Si10.5%-0.6%，Mn1.8%-2.0%，Nb0.03%-0.04%，P≤0.01%，S≤0.01%，Alt0.8%-1.0%，N≤0.005%，余量为Fe。本发明基于常规喷气冷却热镀锌生产方法，提供一种780MPa级汽车用冷轧热镀锌相变诱发塑性钢及其制备方法，使得冷轧热镀锌相变诱发塑性钢在满足设计强度级别的基础上，具有更好的焊接性和塑性。

Description

一种相变诱导塑性钢及其制备方法

技术领域

本发明属于冷轧热镀锌技术领域，涉及一种相变诱导塑性钢及其制备方法。

背景技术

为了降低油耗和减排,需要汽车轻量化，相反，为提高汽车安全性,这将需要增加汽车的质量,解决这一矛盾的有效手段就是采用高强度钢和先进高强度钢。另一方面，汽车的耐蚀性也成为人们对高档汽车一个日益增长的要求。

相变诱发塑性钢（Transformation Induced Plasticity Steel，简称TRIP）显微组织由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成。TRIP钢因其TRIP效应具有良好匹配的强度和塑性。TRIP效应是钢中的残余奥氏体在变形过程中诱发马氏体相变，从而提高钢的强度和塑性。目前汽车用相变诱发塑性钢包括：热轧相变诱发塑性钢、冷轧相变诱发塑性钢和冷轧热镀锌相变诱发塑性钢。

冷轧热镀锌相变诱发塑性钢的主要生产工艺过程包括：炼钢、热轧、冷轧和CGL(连续热镀锌)。热镀锌产线与连退工艺有很大不同，在退火产线上贝氏体温度可以调整，而热镀锌产线上贝氏体温度限制在460℃附近；在退火产线上贝氏体相变时间很充足，而热镀锌产线上贝氏体相变时间很短，这将导致贝氏体相变进行不充分，部分奥氏体在贝氏体相变过程中富碳不充分，在随后的冷却过程中相变为马氏体，从而影响钢的力学性能。C是稳定奥氏体并提高钢强度的重要因素，但过量的C会影响焊接性和恶化延伸率。Si元素够强烈抑制渗碳体的形成,使未转变的奥氏体中富碳,大大提高奥氏体的稳定性，因此加入Si可以解决高C带来的问题。然而，尽管高Si较容易提高残留奥氏体的稳定性，但它会导致涂镀性差。添加Al代替Si可以解决涂镀性问题，不过这将会削弱一定强度（70-120MPa）。

现有企业专门建设了采用明火加热技术的热镀锌退火生产线，解决含有Si，Mn等合金元素的钢种涂镀难题。但是对于目前普遍使用的喷气热镀锌退火生产线，还无法解决这种问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度和优异伸长率的相变诱导塑性钢及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种相变诱导塑性钢，其化学成分重量百分比分别为：

C 0.18%～0.21%，Si 10.5%～0.6%，Mn 1.8%～2.0%，Nb 0.03%～0.04%，P≤0.01%，S≤0.01%，Alt 0.8%～1.0%，N≤0.005%，余量为Fe。

一种相变诱导塑性钢的制备方法，将废钢加入转炉，冶炼得到连铸胚，经热轧后得到热轧板，经冷轧得到冷硬态带钢，然后经连续热镀锌即得，其中，所述连续热镀锌方法为：

A 所述冷硬态带钢首先加热至220℃，其加热速度8℃/s-12℃/s；

B 进一步加热到780℃-830℃，其加热速度为1.5℃/s-4℃/s；

C 然后在780℃～830℃保温60s-100s；

D.将保温后所得的带钢冷却至720℃-760℃，冷却速度为8℃/s-12℃/s；

E 经吹气快冷却至锌锅温度450℃-460℃，镀锌结束后经历气刀吹刮冷却至420-430℃；

F.经过所述气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷，最后冷却至250-300℃，冷却速度为6℃/s-9℃/s。

进一步地，所述冶炼步骤中，所述冶炼步骤中，所述热轧板的化学成分的重量百分比分别为：C0.18-0.21%，S≤0.010%，P≤0.01%。

进一步地，所述冶炼步骤中，所述转炉中第一炉的终点温度为1670-1690℃。

进一步地，所述冶炼步骤中，所述连浇的终点温度为1660-1680℃。

进一步地，所述冶炼步骤中，所述脱氧剂为Al-Fe合金抗化粉。

进一步地，所述脱氧剂的加入量为4kg/t。

进一步地，所述冶炼步骤中，所述渣料为800kg/炉的小粒白灰和200kg/炉的萤石。

进一步地，所述热轧步骤中，所述连铸坯加热温度为1220-1280℃，终轧温度为860-900℃，卷取温度为640-700℃。

进一步地，所述冷轧过程中冷轧的压下率为50%-70%。

本发明提供了一种相变诱导塑性钢及其制备方法，基于常规喷气冷却热镀锌生产方法，使得冷轧热镀锌相变诱发塑性钢在满足设计强度级别的基础上，具有更好的焊接性和塑性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种相变诱导塑性钢的显微组织照片。

具体实施方式

为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

一种相变诱导塑性钢，其化学成分重量百分比分别为：

C：0.19%，Si：0.5%，Mn：1.9%，P：0.008%，S：0.005%，Alt：0.9%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质。

本实施例中相变诱导塑性钢的制备方法，具体包括如下步骤：

1）冶炼：将废钢加入转炉，冶炼，冶炼过程中第一炉的终点温度为1670-1690℃；冶炼过程中连浇的终点目标温度为1660-1680℃；冶炼过程中采用Al-Fe合金抗化粉脱氧，Al-Fe合金抗化粉的加入量为4kg/t；冶炼过程在出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到总钢量的1/5前,加入所有渣料，每炉800kg小粒白灰和200kg萤石；之后，采用Si-Mn调Si，使得Si的质量百分比为0.5%；采用微碳Mn-Fe调Mn，使得Mn的质量百分比为1.9%；冶炼过程在出钢过程中，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。冶炼完成时，热轧板的化学成分的重量百分比分别为C：0.19%，Si：0.5%，Mn：1.9%，P：0.008%，S：0.005%，Alt：0.9%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质。

2）然后热轧，热轧过程中，连铸坯加热温度为1250℃；热轧终轧温度为890℃；热轧卷取温度为690℃。热轧结束时，获得的热轧板厚度为5.0mm，该过程中，卷取温度的高低对冷轧镀锌钢热轧中间组织和力学性能具有较大影响。考虑到强度级别，采用高温终轧与高温卷取，使得热轧板的组织为尺寸粗大的多边形铁素体晶粒与发育充分的珠光体，该显微组织具有相对低的屈服强度。这使得在冷轧变形时轧制力减小，有利于进行冷轧工序。

3）再冷轧，冷轧过程中，冷轧的压下率为50%-70%，以利于冷轧工艺的进行。冷轧结束时，获得厚度为1.8mm的冷硬态带钢。

4）之后，对上述冷硬态带钢进行连续热镀锌退火，具体为：

A 所述冷硬态带钢首先加热至220℃，其加热速度8℃/s-12℃/s，该过程中，冷变形的铁素体发生回复。；

B 进一步加热到780℃-830℃，其加热速度为1.5℃/s-4℃/s，该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大；

C 然后在780℃-830℃保温60s-100s，该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化；

D.将保温后所得的带钢冷却至720℃-760℃，冷却速度为8℃/s-12℃/s，该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集；

E 经吹气快冷却至锌锅温度450℃-460℃，镀锌结束后经历气刀吹刮冷却至420-430℃，该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性；

F.经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷最后冷却至250-300℃，冷却速度为6℃/s-9℃/s，该过程中，部分不稳定的奥氏体相转变为马氏体相。

经过以上步骤，获得的780MPa级冷轧热镀锌相变诱发塑性钢的化学成分质量百分比分别为：C：0.19%，Si：0.5%，Mn：1.9%，P：0.008%，S：0.005%，Alt：0.9%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质，具体显微组织参见图1，在图中，采用苦味酸偏重亚硫酸钠溶液浸蚀，其中，灰黑色为铁素体基体；亮白色为马氏体岛。其力学性能如表1所示：

表1本发明提供的冷轧热镀锌相变诱发塑性钢力学性能

	Rp0.2,N/mm2	Rm,N/mm2	A80,%
				本发明	430	795	29

从表1可以看出，本发明提供的冷轧热镀锌试制钢的各项指标均能满足企业标准要求（Rp 0.2,N/mm2在420-550，Rm,N/mm2≥780，A80,%≥23）。

实施例2：

一种相变诱导塑性钢，其化学成分重量百分比分别为：

C：0.21%，Si：0.6%，Mn：2.0%，P：0.01%，S：0.01%，Alt：0.8%，N：0.0008%，Nb：0.04%，余量为Fe和杂质。

本实施例中相变诱导塑性钢的制备方法，具体包括如下步骤：

1）冶炼：将废钢加入转炉，冶炼，冶炼过程中第一炉的终点温度为1690℃；冶炼过程中连浇的终点目标温度为1660℃；冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为4kg/t；冶炼过程在出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到总钢量的1/5前,加入所有渣料，每炉800kg小粒白灰和200kg萤石；之后，采用Si-Mn调Si，使得Si的质量百分比为0.5%；采用微碳Mn-Fe调Mn，使得Mn的质量百分比为1.9%；冶炼过程在出钢过程中，出钢下渣量为50mm，出钢时间8分钟。冶炼完成时，得到化学成分重量百分比分别为：C：0.19%，Si：0.5%，Mn：1.9%，P：0.008%，S：0.005%，Alt：0.9%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质。

2）然后热轧，热轧过程中，连铸坯加热温度为1280℃；热轧终轧温度为860℃；热轧卷取温度为650℃。热轧结束时，获得的热轧板厚度为5.0mm，该过程中，卷取温度的高低对冷轧镀锌钢热轧中间组织和力学性能具有较大影响。考虑到强度级别，采用高温终轧与高温卷取，使得热轧板的组织为尺寸粗大的多边形铁素体晶粒与发育充分的珠光体，该显微组织具有相对低的屈服强度。这使得在冷轧变形时轧制力减小，有利于进行冷轧工序。

3）再冷轧，冷轧过程中，冷轧的压下率为60%，以利于冷轧工艺的进行。冷轧结束时，获得厚度为1.8mm的冷硬态带钢。

4）之后，对上述冷硬态带钢进行连续热镀锌退火，具体为：

A 所述冷硬态带钢首先加热至220℃，其加热速度10℃/s，该过程中，冷变形的铁素体发生回复。；

B 进一步加热到800℃，其加热速度为3℃/s，该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大；

C 然后在800℃保温80s，该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化；

D.将保温后所得的带钢冷却至740℃，冷却速度约为10℃/s，该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集；

E 经吹气快冷却至锌锅温度460℃，镀锌结束后经历气刀吹刮冷却至420℃，该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性；

F.经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷，最后冷却至280℃，冷却速度约为8℃/s，该过程中，部分不稳定的奥氏体相转变为马氏体相。

经过以上步骤，获得的780MPa级冷轧热镀锌相变诱发塑性钢

本发明实施例提供的冷轧热镀锌相变诱发塑性钢，不仅可以缓和涂镀性且有效提高奥氏体的稳定，使得TRIP效应充分发挥，获得强度和塑性良好匹配的冷轧热镀锌相变诱发塑性钢。同时降低Si元素含量改用Al避免渗碳体析出并驱使C富集于奥氏体中，提高奥氏体的稳定性，并添加Nb弥补添加Al而造成的强度减小。

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 (10)

1.一种相变诱导塑性钢，其特征在于，其化学成分重量百分比分别为：

C 0.18%-0.21%，Si 10.5%-0.6%，Mn 1.8%-2.0%，Nb 0.03%-0.04%，P≤0.01%，S≤0.01%，Alt 0.8%-1.0%，N≤0.005%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的相变诱导塑性钢的制备方法，其特征在于，将废钢加入转炉，冶炼得到连铸胚，经热轧后得到热轧板，经冷轧得到冷硬态带钢，然后经连续热镀锌即得，其中，所述连续热镀锌方法为：

A 所述冷硬态带钢首先加热至220℃，其加热速度8℃/s-12℃/s；

B 进一步加热到780℃-830℃，其加热速度为1.5℃/s-4℃/s；

C 然后在780℃～830℃保温60s-100s；

D.将保温后所得的带钢冷却至720℃-760℃，冷却速度为8℃/s-12℃/s；

E经吹气快冷却至锌锅温度450℃-460℃，镀锌结束后经历气刀吹刮冷却至420-430℃；

F.经过所述气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷，最后冷却至250-300℃，冷却速度为6℃/s-9℃/s。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，所述热轧板的化学成分的重量百分比分别为：C 0.18-0.21%，S≤0.010%，P≤0.01%。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，所述转炉中第一炉的终点温度为1670-1690℃。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，所述连浇的终点温度为1660-1680℃。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，所述脱氧剂为Al-Fe合金抗化粉。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脱氧剂的加入量为4kg/t。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，所述渣料为800kg/炉的小粒白灰和200kg/炉的萤石。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热轧步骤中，所述连铸坯加热温度为1220-1280℃，终轧温度为860-900℃，卷取温度为640-700℃。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷轧过程中冷轧的压下率为50%-70%。

Images