CN103510008A - 一种热轧铁素体贝氏体高强钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热轧铁素体贝氏体高强钢及其制造方法，其主要化学成分按质量百分数为：C0.05～0.10%、Si0.20～0.50%、Mn0.80～1.30%、Alt0.02～0.06%、Cr0.40～0.8%、P≤0.09%、S≤0.010%，N≤0.006%余量为Fe及不可避免的杂质；其制作工艺包括铁水预处理、转炉冶炼、合金微调吹氩、LF精炼、连铸加热工艺、轧制工艺、冷却工艺和卷取工艺，本发明在C-Mn钢成分的基础上，严格控制C和Mn含量，降低Si含量，适量添加Cr和P，不添加Nb、V、Ti微合金元素，也不添加Mo、Ni等贵重合金，大幅降低了成本，采用适当的控轧控冷工艺，获得抗拉强度达到550～650MPa级的热轧铁素体贝氏体双相钢，扩孔率高，成形性能优良。

Description

一种热轧铁素体贝氏体高强钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁材料工程领域，特别涉及一种低成本热轧铁素体贝氏体高强钢板及其制造方法。

背景技术

近年来，随着现代汽车工业的快速发展，能源日趋紧张、环境压力日益加剧，加上全球对环境保护立法的不断完善，促进了汽车技术发展重心向着节能、环保和安全性方面发展。实现汽车轻量化、降低燃油消耗、增加载重量、提高运输效率成为最常见的关键词。截止2012年中国的汽车产量已经突破1900万辆，已连续4年保持世界第一大汽车生产国的地位。钢铁材料是目前汽车制造应用比例最大的关键原材料，约占65%左右。同时，汽车板亦必须满足汽车的安全、节能与低排放、美观、防腐等项要求。为了减轻车重、降低油耗、减少排放和提高安全性，汽车用钢板向高强度化发展已成为必然趋势。

热轧高强度钢板用于制作底盘和车轮等汽车行走部件，是实现车体减重的最重要最有效的途径之一。汽车底盘部件不外露，对钢板的表面质量要求不甚严格，但由于其形状复杂，主要的成形方式包括：拉伸翻边、弯曲、扩孔和电火花成形等，这些成形方式对钢板的成形性，尤其是延伸凸缘性能要求较高。传统的铁素体/马氏体双相(FMDP)钢中存在变形能力差异很大的两相(铁素体+马氏体)界面，在成形过程中易在开孔部位开裂，不利于要求高扩孔性的汽车行走和悬挂等零部件的成形。而铁素体/贝氏体双相钢也称高扩孔钢，与相同强度级别的FMDP钢相比，FBDP钢兼具优异的总延伸率和扩孔率。因此，FBDP钢更适合于冲压像车轮轮辐、汽车底盘等要求较高延伸凸缘性能的部件。

公开号CN101643880A公开了一种高抗拉强度热轧铁素体贝氏体双相钢及其制造方法，其主要化学成分按质量百分数为：0.05～0.15%C、0.50～1.00%Si、1.00～1.50%Mn、P≤0.020%、S≤0.010%，0.03～0.05％Al、N≤0.006%余量为Fe及不可避免的杂质，该成分硅含量高，表面质量难于控制，而且其抗拉强度级别为≥490MPa级，强度较低。

公开号CN1680613A公开了一种热轧低碳贝氏体复相材料及其制备工艺，其主要化学成分按质量百分数为：0.03～0.12%C、0.30～1.50%Si、1.00～2.00%Mn、P≤0.030%、S≤0.020%，0.0005～0.005％B、0.006～0.06％Nb、0.01～0.05Ti、余量为Fe，该成分还有较高的硅，尤其是含有B、Nb、Ti等元素，此外对制造工艺要求较高如未再结晶控轧且最后三道次的总变形量≥25％等。

公开号CN103088258A公开了一种590MPa级双相钢及其生产方法，其化学成分为C≤0.20％优选0.06～0.10％、Si≤1.80％、Mn≤2.0%优选为1.40～1.60％、P≤0.05％优选P≤0.02％、S≤0.015%优选≤0.010％、Nb≤0.10优选为0.04～0.05％、Ti≤0.10％优选为0.010～0.025％，是一种Nb微合金化为主的成分设计，成本较高，其生产方法主要采用未再结晶控轧也对轧机设备能力要求较高，分段冷却的空冷时间要求为6～11S，对层流冷却线的长度和冷却能力要求较高，许多热轧生产线实现难度较大。

公开号CN101603153A公开了一种热轧铁素体贝氏体双相钢及其制造方法，其主要化学成分按质量百分数为：0.06～0.08%C、0.40～0.60%Si、1.40～1.60%Mn、P≤0.020%、S≤0.020%、0.40～0.60%Cr、0.02～0.04％Nb，锰含量较高，且含有贵重微合金元素Nb，成本也较高，尤其是其制造方法需要低温未再结晶控轧（终轧800～830℃）对热轧设备能力要求较高，分段冷却的空冷时间要求为12～15S，对层流冷却线的长度和冷却能力要求太高，许多热轧生产线实现难度很大。

发明内容

本发明目的在于针对以上不足提供一种低成本高成形性热轧铁素体贝氏体高强钢及其制造方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种热轧铁素体贝氏体高强钢板，其主要化学成分按质量百分数为：C0.05～0.10%、Si0.20～0.50%、Mn0.80～1.30%、Alt0.02～0.06%、Cr0.40～0.8%、P≤0.09%、S≤0.010%，N≤0.006%，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述刚板中铁素体体积分数为50～80%，贝氏体体积分数为20～50%。

上述一种热轧铁素体贝氏体高强钢板的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调吹氩、LF精炼、连铸和热连轧。

上述热连轧包括加热工艺、轧制工艺、冷却工艺和卷取工艺。

上述的一种热轧铁素体贝氏体高强钢板的制造方法，所述热连轧具体工艺为：

（1）加热工艺：将厚度70～230mm的板坯加热到1150～1250℃,保温时间0.5-3小时；

（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1100～1150℃，终轧温度1050～1100℃，精轧阶段开轧温度为1000～1050℃，终轧温度为830～880℃；

（3）冷却工艺：轧后采用第一阶段水冷+空冷+第二阶段水冷的分段式冷却路径控制技术，第一阶段水冷段冷却速度为20～80℃/s，冷却到650～750℃，然后空冷2-5s，第二阶段水冷段冷却速度为20～80℃/s，冷却至400-500℃；

（4）卷取工艺：采取中温卷取，卷取温度400-500℃,成品厚度为2～10mm。本发明的有益效果是：本发明在C-Mn钢成分的基础上，严格控制C和Mn含量，降低Si含量，适量添加Cr和P，不添加Nb、V、Ti微合金元素，也不添加Mo、Ni等贵重合金，大幅降低了成本，采用适当的控轧控冷工艺，获得抗拉强度达到550～650MPa级的热轧铁素体贝氏体双相钢，扩孔率高，成形性能优良。使用本发明的钢板时，能够适应要求高强度、高疲劳性能的汽车车轮、悬挂零部件和其它工业机械零件等的成形加工。

附图说明

图1为本发明实施例2透射电镜组织照片中的板条贝氏体

图2为本发明实施例3透射电镜中的高密度位错铁素体

具体实施方式

本发明在C-Mn钢成分的基础上，适当调整C和Mn含量，降低Si含量，通过添加P、Cr等元素，不添加Nb、V、Ti微合金元素，也不添加Mo、Ni等贵重合金元素，其主要化学成分按质量百分数为：0.05～0.10%C、0.20～0.50%Si、0.80～1.30%Mn、0.02～0.06%Alt、P≤0.09％、0.40～0.80%Cr、S≤0.005%，N≤0.006%余量为Fe及不可避免的杂质；利用较高温度终轧+冷却路径控制+中温卷取（400～500℃）等方法，获得铁素体和贝氏体的双相组织，从而实现高强度、延伸率和扩孔率等性能指标的最优性能组合。

本发明的制造方法包括以下三部分：1）加热工序；2）轧制工序；3）冷却工序。为了高效地获得本发明的钢板，有必要合理地控制上述几部分的关键工艺参数，以保证获得理想的显微组织和力学性能。

①加热工序

将厚度为70-230mm的连铸坯加热到1150～1250℃，保温时间0.5-3小时。板坯再加热过程主要目的包括充分奥氏体化和将合金元素完全固溶并均匀化。

②轧制工序

采用两阶段控制轧制，粗轧总压下率≥70%，精轧压下率≥75%；粗轧区开轧温度为1100～1150℃，精轧区开轧温度为1000～1050℃，终轧温度为830～880℃。粗轧总压下率≥70%，且单道次压下率则达到20%以上，主要通过动态和道次间充分的静态再结晶大幅度细化奥氏体晶粒。

再结晶区控轧是本发明轧制工艺的另一主要特色。精轧区温度通常控制在1000～850℃范围内，而本发明典型钢种的未再结晶温度（Tnr）通常在850℃以下，只有后几个道次由于轧制速度的提高，轧制间歇时间的缩短而使再结晶发生可能不充分，所以精轧过程基本属于再结晶温度范围。精轧总压下率控制在75%以上，可以大幅度提高奥氏体内再结晶所需的变形储能，促进道次再结晶的充分进行，特别是在精轧前几道次，完全再结晶的发生起到充分的细化奥氏体晶粒的作用，而后几道次的部分再结晶的发生可以提高应变累积的效果，以期在相变前获得超细而均匀的奥氏体晶粒和高残余应变。

大量研究工作表明，细化奥氏体晶粒,强化应变累积，主要起到以下两方面的作用：a)促进C向周围奥氏体中的扩散，强烈推动奥氏体向铁素体的转变；b)C的快速扩散促进了周围奥氏体中富C提高了其稳定性，推迟了珠光体转变，使得在较宽的中温区冷却范围内生成低碳贝氏体板条，透射组织中板条贝氏体的产生充分说明了这一点（图1）。因此，热轧过程的控制轧制是本发明实现低成本铁素体贝氏体高强钢开发的关键环节之一。

③冷却工序

本发明中冷却工序主要有以下两个要点：a)分段冷却；b)中温卷取。

分段冷却采用“终轧后水冷+空冷+后段水冷”的三段式冷却路径控制模式，再结晶控制轧制后立即水冷至铁素体转变区（通常在650～750℃）可以保留再结晶控轧后奥氏体晶粒细化的组织优势、抑制奥氏体回复过程，保证相变前足够残余应变效果，从而强烈促进奥氏体→铁素体相变过程，得到铁素体的同时大幅细化铁素体晶粒尺寸。此外，终轧后快冷也使新生成铁素体中保留了一定数量的位错（图2），这对于钢材强度、延伸和扩孔性能的提高有重要的作用。

通常热带生产中，卷取机的工作温度主要在500～750℃，以600℃左右最为常见。200℃以下低温卷取在工业上实现起来有很多问题。本发明由于P、Cr合金化技术和细晶化控轧使得铁素体周围的残余奥氏体稳定性大大增强，组织中第二相要得到低碳贝氏体，从而可提高卷取温度至400～500℃左右，在很大程度上减轻了卷取机的负荷，提高生产效率。

本发明终轧后采用三段式分段冷却，第一阶段冷却速率为20～80℃/s，中间空冷2～5s，第二阶段水冷段冷却速度为20～80℃/s，卷取温度400～500℃，成品厚度为2～10mm。

实施例1

一种热轧铁素体贝氏体高强钢，其化学成分见表1。

一种热轧铁素体贝氏体高强钢的生产方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—合金微调吹氩—LF—连铸—热连轧。所述热连轧工艺为：板坯厚度135mm，加热温度1180℃，保温时间2h，粗轧开轧温度1130℃、终轧温度1070℃，3道次轧制成33mm的中间坯，精轧阶段开轧温度1020℃，终轧温度880℃，然后以64℃/S的冷速冷至729℃，空冷3S，，再以56℃/S水冷至目标卷取温度，卷取温度为496℃，钢板成品厚度4mm。

实施例2

一种热轧铁素体贝氏体高强钢，其化学成分见表1。

一种热轧铁素体贝氏体高强钢的生产方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—合金微调吹氩—LF—连铸—热连轧。所述热连轧工艺为：

板坯厚度135mm，加热温度1160℃，保温时间2.5h，粗轧开轧温度1110℃、终轧温度1060℃，3道次轧制成33mm的中间坯，精轧阶段开轧温度1000℃，终轧温度880℃，然后以58℃/S的冷速冷至708℃，空冷3.5S，再以52℃/S水冷至目标卷取温度，卷取温度为462℃，钢板成品厚度4.5mm。

实施例3

一种热轧铁素体贝氏体高强钢，其化学成分见表1。

一种热轧铁素体贝氏体高强钢的生产方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—合金微调吹氩—LF—连铸—热连轧。所述热连轧工艺为：板坯厚度135mm，加热温度1230℃，保温时间1.5h，粗轧开轧温度1140℃、终轧温度1070℃，3道次轧制成35mm的中间坯，精轧阶段开轧温度1020℃，终轧温度840℃，然后以37℃/S的冷速冷至668℃，空冷4S，再以28℃/S水冷至目标卷取温度，卷取温度为413℃，钢板成品厚度6.0mm。

实施例4

一种热轧铁素体贝氏体高强钢，其化学成分见表1。

一种热轧铁素体贝氏体高强钢的生产方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—合金微调吹氩—LF—连铸—热连轧。所述热连轧工艺为：板坯厚度135mm，加热温度1200℃，保温时间2.0h，粗轧开轧温度1130℃、终轧温度1080℃，3道次轧制成33mm的中间坯，精轧阶段开轧温度1020℃，终轧温度860℃，然后以52℃/S的冷速冷至683℃，空冷3S，再以43℃/S水冷至目标卷取温度，卷取温度为437℃，钢板成品厚度4.5mm。

实施例5

一种热轧铁素体贝氏体高强钢，其化学成分见表1。

一种热轧铁素体贝氏体高强钢的生产方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—合金微调吹氩—LF—连铸—热连轧。所述热连轧工艺为：板坯厚度135mm，加热温度1220℃，保温时间2.0h，粗轧开轧温度1140℃、终轧温度1080℃，3道次轧制成33mm的中间坯，精轧阶段开轧温度1010℃，终轧温度870℃，然后以72℃/S的冷速冷至692℃，空冷3S，再以56℃/S水冷至目标卷取温度，卷取温度为418℃，钢板成品厚度4.0mm。

            表1实施例的化学成分

实施例1～5的铁素体贝氏体高强钢的力学性能、组织组成和扩孔性能如表2所示。

                 表2实施例的力学性能

工业生产可实施性

由以上实施例可知，本发明的热轧铁素体贝氏体高强钢及其制造方法，该产品和工艺在绝大多数热连轧生产线上均可实现，大工业生产可操作性强，且生产成本较低，产品具有较高的强度和延伸率以及高扩孔率的特点，力学性能和成形性能匹配良好。

Claims (5)

1.一种热轧铁素体贝氏体高强钢板，其主要化学成分按质量百分数为：C0.05～0.10%、Si0.20～0.50%、Mn0.80～1.30%、Alt0.02～0.06%、Cr0.40～0.8%、P≤0.09%、S≤0.010%，N≤0.006%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种热轧铁素体贝氏体高强钢板，其特征在于：所述刚板中铁素体体积分数为50～80%，贝氏体体积分数为20～50%。

3.一种热轧铁素体贝氏体高强钢板的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调吹氩、LF精炼、连铸和热连轧。

4.根据权利要求3所述的一种热轧铁素体贝氏体高强钢板的制造方法，其特征在于：所述热连轧包括加热工艺、轧制工艺、冷却工艺和卷取工艺。

5.根据根据权利要求4所述的一种热轧铁素体贝氏体高强钢板的制造方法，所述热连轧具体工艺为：

（1）加热工艺：将厚度70～230mm的板坯加热到1150～1250℃,保温时间0.5-3小时；

（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1100～1150℃，终轧温度1050～1100℃，精轧阶段开轧温度为1000～1050℃，终轧温度为830～880℃；

（3）冷却工艺：轧后采用第一阶段水冷+空冷+第二阶段水冷的分段式冷却路径控制技术，第一阶段水冷段冷却速度为20～80℃/s，冷却到650～750℃，然后空冷2-5s，第二阶段水冷段冷却速度为20～80℃/s，冷却至400-500℃；

（4）卷取工艺：采取中温卷取，卷取温度400-500℃,成品厚度为2～10mm。

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