CN104726767A

CN104726767A - 一种具有trip效应的高强度冷轧钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN104726767A
Application number: CN201310723316.9A
Authority: CN
Inventors: 王旭; 刘仁东; 王科强; 郭金宇; 徐荣杰; 李新; 孙成钱; 原思宇; 吕东
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明公开一种具有TRIP效应的高强度冷轧钢板，其化学成分按重量百分比为：C：0.15-0.25%、Si：0.5-1.5%、Mn：1.0-2.0%、Ni：0.1-0.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.02-0.08%，余量为Fe及不可避免的杂质。连续退火为加热温度800～840℃，保温时间150-180s，冷却速率≥50℃/s，淬火温度250～280℃，配分温度350～400℃，配分时间300～600s，之后空冷至室温。抗拉强度大于1000MPa，延伸率大于18%。

Description

一种具有TRIP效应的高强度冷轧钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于冷轧汽车用钢制造领域，涉及一种抗拉强度大于1000MPa且具有TRIP效应的高强度冷轧钢板及其生产方法。

背景技术

汽车的轻量化是降低油耗的主要途径，同时也是减少二氧化碳排放量的最有效对策，据统计，汽车车重每减轻1%，燃料可节省0.6-1.0%。另外，随着提高碰撞安全性的标准逐年严格，需提高车体强度、刚度并优化结构以提高安全性，针对这样的社会需求，应着眼于利用材料的高强度化，以使汽车的安全性和重量保持更好的平衡。为了减轻车重和提高安全性，近年来，汽车用钢板向高强度化发展成为一种趋势。当钢板厚度分别减小0.05mm、0.1mm和0.15mm时，车身减重分别为6%、12%和18%，可见增加钢板强度是减小板厚、减轻车重的主要途径。另外，在采用高强钢板减小板厚的同时，也提高了汽车的抗凹陷性、耐久强度、大变形冲击强度和安全性。

TRIP（Transformation Induced Plasticity）钢是近年来为满足汽车工业对高强度、高塑性新型钢板的需求而开发的，其因具有相变诱导塑性（简称TRIP效应）而得名。TRIP钢的显微组织由铁素体、贝氏体和残余奥氏体构成，当其在室温下冲压成型时，钢中的残余奥氏体向马氏体转变，产生相变诱发塑性，从而使钢板的强度和塑性同时得到提高。

专利CN102011051A公开了一种高强度高塑性的中碳相变诱发塑性钢及其制备方法，设计成分为0.24-0.30%C、0.80-1.20%Si、1.40-1.80%Mn、0.030-0.075%P、0.070-0.090%V，余量为Fe。该发明通过适量增加C含量，并辅以P、V等元素，结合传统的TRIP钢热处理工艺，室温下得到了铁素体、贝氏体及残余奥氏体的组织，其抗拉强度大于等于980MPa，断裂延伸率大于等于18%，强塑积大于等于17640MPa·%。

专利CN101363102A公开了一种高强度冷轧连续退火用TRIP钢板及其制备方法，钢板成分为0.1-0.4%C、0.5-2.5%Si、0.50-2.5%Mn、0.01-0.10%Nb、0.01-0.10%Ti、0.1-1.0%Cu、0.1-1.0%Ni、P≤0.03%、S≤0.02%，余量为Fe。其通过添加Nb、Ti、Cu、Ni来改善钢板力学性能，得到的钢板屈服强度为450-700MPa，抗拉强度大于980MPa，延伸率A50大于20%。

专利CN102312157A公开了一种1000MPa级以上冷轧TRIP钢及其制备方法，化学成分为0.18-0.23%C、1.3-1.6%Si、2.1-2.3%Mn、0.03-0.05%Nb、0.03-0.09%V、P≤0.01%、S≤0.01%、0.8-1.2%Alt、N≤0.005%，余量为Fe及杂质。该发明中的高Si高Al成分保证了残余奥氏体的室温稳定性，微合金元素Nb、V的析出强化和晶粒细化作用有利于提高钢板的强度和延伸率。

2003年，Speer等基于对碳配分过程的理解提出了淬火配分（Q&P）热处理工艺，该热处理过程包括：首先将试样加热到奥氏体区使其奥氏体化后淬火到马氏体开始转变温度和转变结束温度之间某一设定温度，得到马氏体和残余奥氏体的混合组织；并在此温度（一步法）或高于此温度（两步法）保温一定时间使碳元素从过饱和的马氏体向奥氏体中配分，提高奥氏体稳定性，从而在最后淬火至室温的过程中保留下来。

上述工艺生产的Q&P（Quenching and Partitioning）钢是一种新型的高强度和高塑（韧）性的马氏体钢，室温条件下为马氏体和残余奥氏体两相组织。但它区别于传统的回火马氏体钢，同等强度下与回火马氏体钢相比，塑性有大幅度提高。这是由于Q&P钢的室温组织中除马氏体以外，还存在7-15%的残余奥氏体，奥氏体变形时发生TRIP效应，转移颈缩时的应力集中，延缓裂纹产生，提高塑性。

采用传统的TRIP钢连续退火工艺，要生产抗拉强度达到980MPa以上的钢板势必要提高C含量或添加大量合金元素，带来的缺点是焊接性能和表面涂镀性能下降；而利用严格意义上的Q&P工艺生产高强度高塑性钢板，需要将钢板加热到Ac3温度以上，且要求冷却速度较高，对生产设备要求高，能源消耗较大。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗拉强度大于1000MPa，且具有TRIP效应的高强度冷轧汽车用钢板及其生产方法。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种具有TRIP效应的高强度冷轧钢板，其化学成分按重量百分比为：C：0.15%-0.25%、Si：0.5%-1.5%、Mn：1.0%-2.0%、Ni：0.1%-0.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.02%-0.08%，余量为Fe及不可避免的杂质。

C：C为钢中最基本的强化元素，也是提高奥氏体稳定性的重要元素，特别是本发明中要利用C的扩散形成室温下稳定的残余奥氏体。含碳量过低，马氏体硬度下降，很难达到高强度的要求，同时残余奥氏体稳定性不足，无法产生TRIP效应，将造成强度和塑形降低。但碳含量过高不利于钢板的塑形和焊接性，因此本发明要求C含量在0.15-0.25%之间。

Si：Si为非碳化物形成元素，在碳化物中的溶解度极低，以固溶体形态存在，通过固溶强化来提高钢的强度和冷加工变形硬化率。在本发明的配分等温过程中，它能够强烈抑制Fe₃C的形成，使未转变的奥氏体富碳，从而大大提高奥氏体稳定性，使其能够在室温下保留下来。另外，Si还能显著强化铁素体，但较高的Si含量会恶化钢板的热轧性能和表面涂镀性能，产生较多的表面缺陷。因此本发明中的Si含量为0.5-1.5%。

Mn：Mn是有效的固溶强化元素之一，对于淬透性有显著影响，可以促进马氏体的形成，同时Mn也是奥氏体稳定化元素，可以降低渗碳体析出温度。Mn含量过低，马氏体形成量不足，硬度下降，同时无法得到稳定的残余奥氏体；Mn含量过高，则会造成严重的成分偏析，形成带状组织，影响钢板的力学性能，因此本发明选择的Mn含量在1.0-2.0%范围。

Ni：Ni与Mn相似，是奥氏体形成元素，有利于提高室温下残余奥氏体的稳定性。同时，Ni还与Si相似，不溶解于渗碳体，能够起到抑制Fe₃C析出的作用。此外，Ni在钢中还可以提高淬透性，强化铁素体，细化晶粒，提高钢的强度和塑、韧性，降低钢的低温脆性转变温度，提高钢板表面的涂镀性能和耐蚀能力。但Ni属于贵重金属元素，添加过多会使成本上升，故本发明中控制Ni含量在0.1-0.5%之间。

P、S：P、S为残留元素，P易造成钢板中心偏析，严重破坏钢的冲击韧性，且不利于钢板的热加工及焊接性；S易与Mn形成非金属夹杂物，使钢板的冷弯和扩孔性能下降，故两者均应尽量控制在较低水平，即P≤0.02%，S≤0.005%。

Al：Al用于脱氧，和Si一样，也是非碳化物形成元素，能够强烈抑制Fe₃C的形成，使残余奥氏体富碳。虽然Al的固溶强化效果弱于Si，但是在本发明中，可以添加少量Al元素来降低硅的副作用，但Al含量过高不利于连铸，且要求较高的热轧和连退温度，因此本发明要求Al含量在0.02-0.08%之间。

一种具有TRIP效应的高强度冷轧钢板的生产方法：包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火，其特征在于：

（1）按照设计成分进行冶炼，即C：0.15-0.25%、Si：0.5-1.5%、Mn：1.0-2.0%、Ni：0.1-0.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.02-0.08%，余量为Fe及不可避免的杂质，连铸成板坯。

（2）热轧：板坯加热温度为1200～1250℃，保温180min以上；热轧开轧温度为大于1100℃，终轧温度为890～950℃；卷曲温度为600～650℃。

（3）酸洗和冷轧：热轧板经常规酸洗后进行冷轧，冷轧压下率控制在60～70%之间。

（4）连续退火：加热温度为800～840℃，保温时间为150-180s，冷却速率为≥50℃/s，淬火温度为250～280℃，配分温度为350～400℃，配分时间为300～600s，之后空冷至室温。

本发明中的连续退火工艺不同于传统的TRIP钢生产工艺，且有别于严格意义上的Q&P热处理工艺。退火加热温度在Ac1与Ac3之间，钢板部分奥氏体化，然后以≥50℃/s的冷速急冷至Ms与Mf之间的某一温度，使奥氏体部分转变为马氏体，随后升温到Ms点以上的配分温度进行保温，使碳从马氏体向未转变的奥氏体扩散，最后空冷至室温，得到铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织。

本发明高强度冷轧钢板合金成分简单，C、Si、Mn含量均较低，仅添加了少量Ni元素，冶炼成本低廉、工艺控制简便。连续退火工艺回避了传统TRIP钢的贝氏体等温处理阶段，加热温度又低于Q&P工艺的奥氏体化温度，冷却过程不需要淬火，冷却速度仅要求≥50℃/s，对连退机组的设备能力要求较低，生产方法简单。室温下得到铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织，残余奥氏体的TRIP效应保证了钢板高强度和高塑性的配合良好，抗拉强度大于1000MPa，延伸率大于18%，可为汽车行业的轻量化发展提供良好的技术支持。

附图说明

图1：退火工艺示意图，横坐标为时间，单位为秒；纵坐标为温度，单位为摄氏度；

图2：实施例2透射电镜薄膜照片，组织为铁素体、马氏体及残余奥氏体。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明：

本发明的化学成分及生产工艺，其熔炼成分如表1，本发明的实际工艺参数如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。

表1熔炼成分，Wt％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	V	Cu	Ti	ALs
													1	0.12	0.15	1.40	0.01	0.003	0.45	0.34	0.30	0.04	0.21	0.017	0.04

2	0.134	0.24	1.48	0.01	0.0024	0.52	0.26	0.35	0.03	0.24	0.015	0.031
													3	0.15	0.25	1.56	0.011	0.0013	0.60	0.25	0.38	0.05	0.30	0.022	0.017

表2本发明实际工艺参数

表3本发明实物检验结果

实施例钢板的力学性能如表4所示：

表4钢板的力学性能

实施例	Rp_0.2（MPa）	Rm（MPa）	A（%）
				1	687	1097	19.5
2	669	1081	21.0
				3	670	1054	20.5
4	676	1052	21.5
				5	675	1075	20.0

Claims

1.一种具有TRIP效应的高强度冷轧钢板，其化学成分按重量百分比为：C：0.15%-0.25%、Si：0.5%-1.5%、Mn：1.0%-2.0%、Ni：0.1%-0.5%、P：≤0.02%、S：≤0.005%、Al：0.02%-0.08%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种根据权利要求1所述的具有TRIP效应的高强度冷轧钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火，其特征在于：连铸后的板坯加热温度1200～1250℃，保温180min以上；热轧开轧温度大于1100℃，终轧温度890～950℃；卷曲温度600～650℃；冷轧压下率60～70%；连续退火为加热温度800～840℃，保温时间150-180s，冷却速率≥50℃/s，淬火温度250～280℃，配分温度350～400℃，配分时间300～600s，之后空冷至室温。