CN103305762A

CN103305762A - 一种抗拉强度400MPa级冷轧双相钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN103305762A
Application number: CN2013102510451A
Authority: CN
Inventors: 潘红波; 闫军; 章静; 沈晓辉; 曹杰; 王会廷
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度400MPa级汽车用冷轧高强度双相钢板及其制备方法，属于钢铁材料领域。该双相钢板主要组织为铁素体-马氏体双相组织，马氏体含量在4～9%之间，其化学成分质量百分数为：C：0.01～0.05%、Si：0.1～0.4%、Mn：1.2～1.6%、Cr：0.1～0.4%、Als：0.02～0.05%、N≤0.005%、P≤0.02%、S≤0.01%，其余为Fe和不可避免的残存杂质元素。其制备方法包括热轧、酸洗、冷轧和热处理步骤。本发明所生产的汽车用冷轧双相钢板，屈服强度为200～250MPa，抗拉强度为400～450MPa，延伸率为30～35%。

Description

一种抗拉强度400MPa级冷轧双相钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，是一种汽车用冷轧双相钢，特别涉及一种抗拉强度400MPa级冷轧双相钢板及其制备方法。

背景技术

通过提高钢板强度来减轻车身重量，达到节能降耗，减少环境污染是当今汽车工业研究的重要课题。由于双相钢具有低的屈强比、高的初始加工硬化率、抗时效稳定性较好、较高的碰撞能量吸收能力、高的烘烤硬化值、优异的焊接性能、良好的强度与延伸性能的匹配等优异的综合性能，在ULSAB项目中，在白车身的应用方面展现了广阔的前景，其占整个车身重量的80%左右，是将来汽车用钢板的发展趋势。

目前，人们对双相钢的研究工作主要集中在500MPa级以上的高强度级别。但是目前由于受到高强度钢冲压回弹与冲压设备吨位的限制，超高强度钢在汽车行业还未得到广泛的应用。对于普通的结构件与少量的覆盖件广泛应用400MPa级别左右的高强度钢。其钢种类别包括普通C-Mn结构钢、低合金高强度钢、烘烤硬化钢、加磷强化无间隙原子钢等，然而C-Mn结构钢具有加工硬化率低、抗时效性差、成形性差、烘烤硬化值低等缺陷；低合金高强度钢由于受热轧、冷轧、退火各工序的影响较大，使得力学性能波动范围较大，同时具有加工硬化率低、抗时效性差、烘烤硬化值低、成形性差等缺陷；烘烤硬化钢具有抗时效性差、成形容易出现拉伸应变痕与冲压开裂等缺陷；加磷强化无间隙原子钢由于晶界无间隙原子以及P向晶界偏析等影响，削弱了晶界结合力，容易产生二次加工脆性等缺陷。因此为了满足汽车行业对400MPa级别高强钢的迫切需求，开发生产具有优异综合性能的400MPa级别的冷轧双相钢相当必要。对于400MPa级别冷轧双相钢来说，除中国专利CN102286696A与CN102002639A有所涉及之外，未见其他相关报道资料。

授权公告号CN102286696A的中国发明专利，公开了一种高塑性应变比的超深冲双相钢的制备方法，其冷轧双相钢的抗拉级别为400～500MPa级，其中钢的化学成分重量百分比为：C：0.01～0.05%、Mn：1.0～2.0%、P：0.01～0.06%、S≤0.015%、Al：0.2～0.8%、N≤0.003%、Cr：0.1～0.5%、Mo：0.3～0.8%，其余为Fe和杂质元素。其热轧终轧温度为850～950℃、卷取温度为680～750℃、连续退火温度为800～850℃、退火保温后以30～60℃/s的速度快冷至室温。此发明专利添加了较多的Al、Cr、Mo等贵金属合金元素，增加了生产成本；同时卷取温度较高，热轧氧化铁皮较厚，相对提高了酸洗难度。

申请公布号CN102002639A的中国发明专利，公开了双相钢板及其制造方法，其冷轧双相钢的抗拉级别为440～590MPa级，该双相钢板包括：C：0.05～0.10%，Si：0.03～0.50%、Mn：1.50～2.00%、P≤0.03%、S≤0.003%、Al：0.03～0.50%、Cr：0.1～0.2%、Mo：0.1～0.2%、Nb：0.02～0.04%、B：0～0.005、N：0～0.01%、其余为Fe以及其他必需不纯物组成。退火温度为780～820℃，并且采用热浸镀锌工艺生产。此发明添加了较多的贵金属元素Al、Mo、Nb等，增加了生产成本；同时C含量较高，对钢的成形性与焊接性能有不利影响；并且从所获得的性能分析，其屈强比较高，对冲压成形不利。另外此发明退火温度相对较高，从而两相区退火时奥氏体含量增多，奥氏体合金元素含量降低，降低了奥氏体的淬透性，使奥氏体容易发生珠光体或贝氏体转变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种400MPa级冷轧双相钢及其制备方法。该双相钢抗拉强度大于400MPa，屈强比低、加工硬化值高、初始加工硬化速率高、抗时效稳定性好、强度与延伸匹配好、冲压性能好，可用于汽车结构件与覆盖件等。

对于双相钢来说，其抗拉强度主要取决于组织中马氏体的体积分数与马氏体中的C含量，对于400MPa级冷轧双相钢，成分设计与退火工艺的匹配至关重要。当合金元素含量较高时，最终成品的抗拉强度将大大超过400MPa；当合金元素含量低时，在冷却过程中又无法获得马氏体组织，这也是低强度级别双相钢较600～800MPa级别双相钢生产较难的主要原因之一。因此在较低合金含量（尤其是C含量）的情况下，通过退火工艺的匹配，保证奥氏体具有优异的淬透性是本发明的主要内容。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明抗拉强度400MPa级汽车用冷轧双相钢板，所述双相钢板化学成分质量百分数为：C：0.01～0.05%、Si：0.1～0.4%、Mn：1.2～1.6%、Cr：0.1～0.4%、Als：0.02～0.05%、N≤0.005%、P≤0.02%、S≤0.01%，其余为Fe和不可避免的残存杂质元素；所述双相钢板具有铁素体与马氏体双相组织，其中马氏体的体积百分数为4～9%；所述双相钢板屈服强度为200～250MPa，抗拉强度为400～450MPa，延伸率为30～35%。

进一步的，所述双相钢板化学成分质量百分数为：C：0.02～0.04%、Si：0.2～0.3%、Mn：1.4～1.6%、Cr：0.2～0.3%、Als：0.02～0.04%、N≤0.003%、P≤0.012%、S≤0.005%，其余为Fe和不可避免的残存杂质元素。

本发明抗拉强度400MPa级汽车用冷轧双相钢板的制备方法，首先进行冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过连铸铸成板坯，再按常规热轧、酸洗冷连轧，最后进行热处理工艺，所述热处理工艺采用连续退火工艺，其依次进行加热、保温、缓冷、快冷、过时效以及自然冷却步骤，具体是：先加热至退火温度740～800℃，保温90～120S，然后以5～8℃/s的速度缓冷至640～680℃，然后以大于40℃/s的速度快冷至260～320℃进行过时效处理，过时效处理时间为400～600s，最后自然冷却至室温。

进一步的，所述退火温度为750～770℃，快冷开始温度为650～670℃，快冷冷却速度为40～60℃/s，过时效处理温度为280～320℃。

本发明合金与退火工艺设计的理由如下：

C：0.01～0.05%，优选为0.02～0.04%。最有效的强化元素，是形成马氏体的主要元素，可提高钢的淬透性，其含量决定马氏体的强度与体积分数；C含量过低，无法获得马氏体组织；C含量过高，所形成马氏体的强度与体积分数增加，致使最终的抗拉强度超过450MPa，同时C含量增加，其成形性与焊接性能将下降。

Si：0.1～0.4%，优选为0.2～0.3%。Si是铁素体固溶强化元素，强烈提高铁素体基体的强度，促进碳向奥氏体中富集，抑制碳化物的形核，对铁素体有“净化”作用，有助于提高双相钢的延性。Si含量过低，对碳化物的抑制与铁素体的“净化”作用较小，容易形成碳化物与珠光体组织；Si含量过高，强化作用较强，使得屈强比增加，同时该元素容易在表面富集形成氧化物而影响钢板的表面质量与磷化性能。

Mn：1.2～1.6%，优选为1.4～1.6%。Mn属于奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性，提高钢的加工硬化性能，并可显著推迟珠光体与贝氏体转变。Mn含量过低时容易引起珠光体与贝氏体转变，组织中很难形成马氏体；Mn含量过高时，在抑制珠光体转变的同时，也会推迟铁素体的析出，使得钢中马氏体含量过高，同时Mn也易在表面富集形成氧化物而影响随后的涂镀性能。

Cr：0.1～0.4%，优选为0.2～0.3%。Cr为中强碳化物形成元素，能强烈推迟珠光体与贝氏体转变，可改善临界退火时奥氏体的淬透性；另外，Cr可促进C向奥氏体扩散，降低铁素体的屈服强度。Cr含量过低，其作用较小；但是含量过高时，将破坏钢的延展性、成形性。

Als：0.02～0.05%，优选为0.02～0.04%。Al在双相钢中的主要功能是脱氧剂，不宜过低，但过高时会影响连铸生产，以及形成夹杂物而影响成形性。

P：≤0.02%，优选为≤0.012%。P是一种价廉的固溶强化元素，具有抑制碳化物形成的作用，对双相钢而言，一定适量的P对强度与双相组织的形成是有益的，但过高时影响焊接性，并向晶界富集而产生冷脆性，使钢的冲压成形性能下降。

S：≤0.01%，优选为≤0.005%。S在钢中易形成MnS，在成形后成条带状分布，从而影响钢的冲压成形性，所以越少越好。

N：≤0.005%，优选为≤0.003%。N容易引起钢的时效性，因此在双相钢中N越少越好。

退火温度：740～800℃，优选为750～770℃。退火温度是为了获得一定量的奥氏体组织，并使铁素体中的合金元素向奥氏体中富集，提高奥氏体的稳定性。退火温度过低，碳化物未完全溶解，奥氏体含量过少，从而获得的马氏体组织较少，强度较低；退火温度过高，奥氏体含量过多，奥氏体的稳定性降低，在随后的相变过程中易转变为珠光体与贝氏体组织。

快冷开始温度：640～680℃，优选为650～670℃。快冷开始温度的确定是为了控制两相区退火后，在缓冷段以一定的缓慢冷却速度使部分奥氏体转变为铁素体组织，并使铁素体中的合金元素进一步向奥氏体中富集，从而提高奥氏体的稳定性。快冷开始温度过高，奥氏体稳定性下降，快冷开始温度过低，在缓慢冷却过程中易转变为珠光体组织。

快冷速率：≥40℃/s，优选为40～60℃/s。快冷速率的确定必须使其超过临界冷却速率，使剩余的奥氏体转变为马氏体组织。快冷速率过高，带钢容易产生板形缺陷；快冷速率过低，奥氏体易发生贝氏体转变。

过时效温度：260～320℃，优选为280～320℃。过时效是为对马氏体进行低温回火，并使钢中相变时的组织内应力释放，提高钢的延展性。过时效温度过低，钢的延展性较差，过时效温度过高，马氏体容易分解从而使应力应变曲线出现屈服平台，恶化钢的成形性。

本发明的有益效果：

本发明所生产的汽车用冷轧双相钢，屈服强度为200～250MPa，抗拉强度为400～450MPa，延伸率为30～35%。与低合金高强钢相比，性能稳定，对工艺敏感性小；与普通CMn结构钢与低合金高强钢相比，屈强比低，加工硬化率高，烘烤硬化值高，延性好，冲压成形性好；与IF钢相比，抗二次加工脆性好；与普通CMn结构钢与BH钢相比，抗时效稳定性好，无屈服延伸避免了成形后零件表面起皱等优良性能。因本发明所设计的双相钢采用廉价的CSiMn成分设计，在此基础上添加少量的相对便宜的金属Cr，以提高钢的淬透性，没有额外添加贵金属Mo、V等；并且在冶炼过程中无需像IF钢一样长时间的真空脱气处理，故进一步降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明冷轧双相钢退火工艺流程示意图。

图2为本发明冷轧双相钢退火工艺后显微组织照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明退火工艺流程包括加热段、保温段、缓冷段、快冷段、过时效段以及自然冷却段等六个阶段；在加热段将钢板快速加热至两相区，获得一定量的奥氏体；在保温段的保温过程中，碳化物进一步溶解，并且合金元素向奥氏体中富集，提高奥氏体的稳定性；在缓冷段部分奥氏体转变为铁素体，合金元素进一步向未转变的奥氏体中富集；在快冷段奥氏体转变为马氏体组织；在过时效过程中马氏体得到低温回火，相变所获得的内应力得到释放，从而提高钢的延性；在自然冷却段钢板通过一定的冷速冷至室温。

如图2所示，图中灰色基体为铁素体组织，亮白色细小岛状物为马氏体组织。采用图像处理软件统计马氏体体积分数为7%左右，呈细小弥散分布于铁素体基体中；一定量细小弥散分布的马氏体可以获得优异的强韧性匹配，有利于进一步改善钢的成形性能。

以下结合具体实施例对本发明做进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

本发明的实施例化学成分（质量百分数）如表1所示。

表1 化学成分

编号	C	Si	Mn	Cr	P	S	Als	N
									DP1	0.027	0.28	1.56	0.30	0.013	0.004	0.032	0.0052
DP2	0.032	0.26	1.47	0.28	0.016	0.005	0.036	0.0043

按表1化学成分在试验室进行冶炼和锻造，将锻坯加热到1200℃入炉保温2小时，在450mm两辊热轧机上进行热轧，热轧最终厚度为4mm，热轧终轧温度为860℃，水冷至630℃入炉保温1小时，然后随炉冷却模拟卷取。

将热轧后的板进行酸洗以去除表面氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧至1.2～1.5mm，压下率为60～70%。

热处理工艺采用连续退火工艺，以5℃/s的加热速度加热至退火温度。其具体工艺参数如表2所示。表3为具体实施例的力学性能。

表2 主要工艺参数

表3 力学性能

Claims

1.一种抗拉强度400MPa级汽车用冷轧双相钢板，其特征在于，所述双相钢板化学成分质量百分数为：C：0.01～0.05%、Si：0.1～0.4%、Mn：1.2～1.6%、Cr：0.1～0.4%、Als：0.02～0.05%、N≤0.005%、P≤0.02%、S≤0.01%，其余为Fe和不可避免的残存杂质元素；

所述双相钢板具有铁素体与马氏体双相组织，其中马氏体的体积百分数为4～9%；

所述双相钢板屈服强度为200～250MPa，抗拉强度为400～450MPa，延伸率为30～35%。

2.如权利要求1所述的抗拉强度400MPa级汽车用冷轧双相钢板，其特征在于，所述双相钢板化学成分质量百分数为：C：0.02～0.04%、Si：0.2～0.3%、Mn：1.4～1.6%、Cr：0.2～0.3%、Als：0.02～0.04%、N≤0.003%、P≤0.012%、S≤0.005%，其余为Fe和不可避免的残存杂质元素。

3.如权利要求1或2所述抗拉强度400MPa级汽车用冷轧双相钢板的制备方法，首先进行冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过连铸铸成板坯，再按常规热轧、酸洗冷连轧，最后进行热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺采用连续退火工艺，其依次进行加热、保温、缓冷、快冷、过时效以及自然冷却步骤，具体是：先加热至退火温度740～800℃，保温90～120S，然后以5～8℃/s的速度缓冷至640～680℃，然后以大于40℃/s的速度快冷至260～320℃进行过时效处理，过时效处理时间为400～600s，最后自然冷却至室温。

4.如权利要求3所述抗拉强度400MPa级汽车用冷轧双相钢板的制备方法，其特征在于，所述退火温度为750～770℃，快冷开始温度为650～670℃，快冷冷却速度为40～60℃/s，过时效处理温度为280～320℃。