CN105568145B - 一种具有耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢板及其制备方法 - Google Patents

一种具有耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种具有耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢板及其制备方法，该钢板化学成分和质量百分比含量为：0.13％~0.16％C，1.8％~2.0％Si，2.3％~2.5％Mn，1.8％~2.2％Cr，0.010%~0.025%Al，0.001%~0.008％S，0.002％~0.012％P，0.001％~0.004％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素。制备方法工艺简单，生产成本低，制备钢板具有优良的综合力学性能和耐腐蚀性能，并且具有较好的焊接性能和成形性能，满足汽车工业对高强钢强度和耐腐蚀性能等方面的要求。

Description

一种具有耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢板及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种具有优良耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢板的成分及制备方法，属于金属材料领域，尤其涉及汽车用钢生产与应用技术领域。
背景技术
随着中国经济形势下行压力的增加，作为中国制造业基础的钢铁行业寒意渐浓，普通钢材产能严重过剩，价格持续走低，然而高品质钢材却仍然需要进口，这种“大而不强”已经成为我国钢铁工业发展的明显特征，很多高端钢种生产技术问题亟需解决。
双相钢作为汽车用先进高强钢的一种，因其具有优良的强塑性、低的屈强比、高的硬化指数和良好的成形性能而备受关注，也因为其合金含量相对较少，具有优良的焊接性能和低的成本。一段时间以来，人们对双相钢进行了大量的新品种开发和研究工作，目前商业化生产的双相钢最高强度达到了1200MPa级，而且应用范围不断扩大。在常用到的合金元素中，Al对提高奥氏体稳定性有显著作用，但目前现有技术中Al含量偏高(约1.0至2.0％)，致使冶炼可浇性显著降低，不利于连续生产，本文将Al含量控制在0.025％以下。本发明通过添加一定量的Cr元素来提高双相钢的综合力学性能，并且使其具有较好耐蚀性能，从而代替部分镀锌板，从而降低生产成本，提高经济效益，该种尝试尚属首次。
CN104419878 A公开了“具有耐候性的超高强度冷轧双相钢及其制造方法”。其化学成分的质量百分含量为：C：0.10％～0.16％，Si：0.10％～0.50％，Mn：1.4％～2.2％，Cr：0.30％～0.79％，Ni：0.08％～0.20％，Cu：0.20％～0.50％，Nb：0.01％～0.05％，Ti：0.02％～0.05％，Al：0.015％～0.045％，P≤0.020％，S≤0.007％，N≤0.008％，余量为Fe以及不可避免的杂质。可得到屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度800MPa以上，延伸率在5％以上的具有耐候性的超高强度冷轧双相钢。但是该钢种合金元素较多，生产成本较高，强度较低，另外，屈强比较高，不利于制造汽车零部件过程中的冲压成形。与其相比，本发明钢合金元素含量少，合金成本低，工艺简单，最主要是其抗拉强度要高出其将近1000MPa，耐腐蚀性能优异。
CN 104328348 A公开了“800MPa级冷轧双相钢及其生产方法”。其化学成分的质量百分含量为：C：0.14～0.17％，Si：0.45～0.55％，Mn：1.6～1.8％，Cr：0.55～0.65％，P：≤0.016％，S：≤0.008％，Als：0.02～0.05％，N：≤0.004％，余量为Fe。生产出了抗拉强度为800～850MPa，屈服强度为450～550MPa，延伸率为15～17％的冷轧双相钢，强度水平降低，而且不具有耐腐蚀性能。
CN 103469097 A公开了“高强度马氏体铁素体双相不锈钢耐腐蚀油套管及其制造方法”。其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.10％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.20～1.0％，P：0.03％以下，S：0.01％以下，Cr：13.5～15.0％，Ni：0.5～1.5％，Mo：0.2～1.0％，Nb：0.005～0.02％、N：0.01～0.10％，O：0.004％以下，并且满足Cr+1.5Mo+2Ni+16N≥17和Ni+30(C+N)+8Nb≥3.5，其中Cr、Ni、Mo、Si、Nb、Mn、C、N为元素的重量百分数含量，其余为Fe和不可避免的杂质，获得了兼具屈服强度为110ksi级的高强度和vTrs：-60℃以下的优良的低温韧性的油井管用马氏体类无缝不锈钢，但是并未公开所涉及实施例中钢种的抗拉强度和其他力学性能。其属于不锈钢领域，其合金元素含量较高，成本过高，生产工艺和性能要求明显不同于本发明钢，也不适用于汽车零部件的制造。
本文通过改变传统冷轧高强钢的成分设计，通过Cr元素的加入来研制具有耐蚀性能的冷轧超高强双相钢，在两种模拟大气环境下，本发明钢均表现出优良的耐腐蚀性能。本发明工艺简单，所制备的钢板具有优良的综合力学性能和耐腐蚀性能，满足不同环境下的汽车零部件使用对双相钢的要求。本发明旨在为高品质超高强汽车用钢的研发做出有益的实验数据积累，同时改变超高强汽车用钢只注重强度而忽略其综合性能的现状。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低成本、良好塑性、低屈强比、优良耐腐蚀性的冷轧超高强双相钢及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所设计的冷轧超高强双相钢，具体成分为0.13％～0.16％C，1.8％～2.0％Si，2.3％～2.5％Mn，1.8％～2.2％Cr，0.010％～0.025％Al，0.001％～0.008％S，0.002％～0.012％P，0.001％～0.004％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明涉及的冷轧超高强钢，采用真空感应炉冶炼，其制造方法包括以下步 骤：
按照上述成分进行冶炼和铸造，得到满足上述化学成分的钢坯，钢坯冷却至室温，作为热轧原料待用；
将所述钢坯随炉加热至1200℃～1250℃，保温2h，随后进行热轧，所述热轧过程的粗轧开轧温度为1050℃～1110℃，终轧温度为840℃～880℃，热轧板总压下率为80％～90％，最后一道次压下率为20％～30％，终轧结束后将热轧板冷却至630℃～680℃并进行卷取，卷取温度为630℃～680℃，卷取后保温半小时，随炉空冷至室温；
将所述卷取后的钢板开卷进行酸洗冷轧，所述冷轧过程需控制冷轧压下率在50％～80％之间，得到冷轧钢板；
将所述冷轧钢板进行连续退火，预热段以6.0℃/s～10.0℃/s的加热速度加热到100℃～200℃，之后以2.0℃/s～5.0℃/s的加热速度将钢板加热到两相区进行保温，保温温度为760℃～820℃，保温时间为160s～190s，然后以4℃/s～8℃/s的冷却速度将钢板缓冷至620℃～650℃，随后再以35℃/s～50℃/s的冷却速度将钢板快冷至250℃～270℃，过时效处理300s～400s，接着以3℃/s～8℃/s的冷却速度将钢板缓冷至室温。
优选地，所述热轧过程中的开轧温度为1070℃～1100℃，终轧温度为815～835℃，热轧最后一道次的压下率控制在22％～26％之间。
优选地，所述退火保温温度为785℃～825℃，保温时间为165s～185s。随后以38℃/s～45℃/s冷速快冷至255℃～265℃，过时效处理320s～380s，随后缓冷至室温。
该钢的组织主要为马氏体和少量弥散分布的铁素体。
该钢具有较好的综合力学性能，Rp0.2＝1020～1100MPa，Rm＝1600MPa～1850MPa，A50＝4.55％～9.50％，Rp0.2/Rm＝0.52～0.65。
该双相钢具有优良的耐腐蚀性能。在均匀腐蚀全浸试验模拟工业大气环境时，采用的腐蚀液为0.005mol/L的NaHSO3溶液(0.52g/L)，得到的本发明钢的腐蚀速率为0.17g·m-2·h-1，明显优于传统双相钢DP780的0.25g·m-2·h-1；在中性盐雾试验模拟海洋大气环境时，采用的腐蚀液为50g/L±5g/L的NaCl溶液，得到本发明钢在96h和144h试验周期内的腐蚀速率分别为1.26g·m-2·h-1和1.11g·m-2·h-1，明显优于传统双相钢DP780对应的1.87g·m-2·h-1和1.90g·m-2·h-1 的腐蚀速率。
本发明的有益效果
(1)本发明合金成分只有基本C、Si、Mn和一定量的Cr元素，通过合理的工艺控制，其力学性能即可达Rp0.2＝1020～1100MPa，Rm＝1600MPa～1850MPa，A50＝4.55％～9.50％，Rp0.2/Rm＝0.52～0.65。
(2)本发明采取低温加热和热轧工艺控制技术，有效细化了热轧组织。
(3)本发明将Mn含量控制在2.3％～2.5％的范围，但不能过高，不能超过中锰TRIP钢Mn含量(5％<Mn％<8％)，不仅降低了成本，而且提高了工艺性能，方便试验钢连铸和冷轧。
(4)本发明通过Cr元素的合理添加，有效细化了本发明钢显微组织，同时使得本发明钢具有耐腐蚀性能，在模拟工业大气环境和海洋大气环境中，均显示出比DP780更为优越的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本实施例钢热轧工艺。
图2为本实施例钢热处理工艺。
图3为本实施例钢中性盐雾试验96h试验周期腐蚀形貌宏观照片(96h试验周期腐蚀形貌宏观照片(a)本发明钢(b)DP780钢，如图3)。
图4为本实施例钢中性盐雾试验96h试验周期腐蚀形貌SEM照片(96h试验周期腐蚀形貌SEM照片(a)本发明钢(b)DP780钢，如图4)。
图5为本实施例钢中性盐雾试验144h试验周期腐蚀形貌宏观照片(144h试验周期腐蚀形貌宏观照片(a)本发明钢(b)DP780钢，如图5)。
图6为本实施例钢中性盐雾试验144h试验周期腐蚀形貌SEM照片(144h试验周期腐蚀形貌SEM照片(a)本发明钢(b)DP780钢，如图6)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明实施例为一种具有耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢，其成分质量百分比见表1，其余为铁和不可避免的杂质。
表1具体实施例钢化学成分(质量百分比，％)
试验钢铸坯冶炼后冷却至室温，然后将坯料加热至1200℃，保温2小时，1100℃开轧，经六道次热轧得到厚度为2mm～4mm的热轧板，最后一道次的压下率为25％，终轧温度为850℃～880℃，之后水冷至640～660℃保温半小时，随 炉冷模拟卷取。将酸洗去除表面氧化层的热轧板，在四辊双机架轧机上进行冷轧，压下率为50％～70％，最终得到冷轧板的厚度为0.8mm～1.5mm。冷轧后钢板在连续退火机上进行退火，退火工艺如图2所示。
实施例1(成分1)的退火工艺为，预热段以7.4℃/s加热到150℃，加热段以2.6℃/s加热到两相区保温温度800℃，两相区保温180s，然后在缓冷段缓冷至640℃，随后以40℃/s冷速快冷至260℃，过时效处理368s，随后缓冷至室温。
实施例2(成分2)的退火工艺为，预热段以7.4℃/s加热到180℃，加热段以2.6℃/s加热到两相区保温温度810℃，两相区保温180s，然后在缓冷段缓冷至640℃，随后以40℃/s冷速快冷至250℃，过时效处理320s，随后缓冷至室温。
实施例3(成分1)的退火工艺为，预热段以7.4℃/s加热到150℃，加热段以2.6℃/s加热到两相区保温温度820℃，两相区保温180s，然后在缓冷段缓冷至620℃，随后以40℃/s冷速快冷至260℃，过时效处理368s，随后缓冷至室温。
本实施例钢力学性能如表2所示，其中退火温度为820℃时得到Rp0.2＝1020MPa，Rm＝1760MPa，A50＝8.06％，Rp0.2/Rm＝0.58的冷轧超高强双相钢。按照《金属材料实验室-均匀腐蚀全浸试验方法JB/T 7901-2001》，通过均匀腐蚀全浸试验来模拟工业大气环境，采用腐蚀液为0.005mol/L的NaHSO3溶液(0.52g/L)，130h试验周期内，本发明钢的腐蚀速率为0.17g·m-2·h-1，明显优于DP780的0.25g·m-2·h-1；按照《人造气氛腐蚀试验-盐雾试验GB/T 10125-2012》，通过中性盐雾试验来模拟海洋大气环境，采用浓度为50g/L±5g/L的NaCl溶液，在96h和144h试验周期内，腐蚀速率分别为1.26g·m-2·h-1、1.11g·m-2·h-1，相同试验周期内DP780对应的腐蚀速率分别为1.87g·m-2·h-1、1.90g·m-2·h-1。图3、图4为本实施例钢中性盐雾试验96h试验周期腐蚀形貌宏观照片和SEM照片。图5、图6为本实施例钢中性盐雾试验144h试验周期腐蚀形貌宏观照片和SEM照片。
表2本实施例钢力学性能
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有耐腐蚀性能的汽车用冷轧超高强双相钢板，其特征在于，该钢板的化学成分以质量百分比计为：0.13％～0.16％C，1.8％～2.0％Si，2.3％～2.5％Mn，1.8％～2.2％Cr，0.010％～0.025％Al，0.001％～0.008％S，0.002％～0.012％P，0.001％～0.004％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.如权利要求1所述的双相钢板的制备方法，其特征在于，上述成分进行冶炼和铸造，得到满足上述化学成分的钢坯，钢坯冷却至室温，作为热轧原料待用；
将所述钢坯随炉加热至1200℃～1250℃，保温2h，随后进行热轧，所述热轧过程的粗轧开轧温度为1050℃～1110℃，终轧温度为840℃～880℃，热轧板总压下率为80％～90％，最后一道次压下率为20％～30％，终轧结束后将热轧板冷却至630℃～680℃并进行卷取，卷取温度为630℃～680℃，卷取后保温半小时，随炉空冷至室温；
将所述卷取后的钢板开卷进行酸洗冷轧，所述冷轧过程需控制冷轧压下率在50％～80％之间，得到冷轧钢板；
将所述冷轧钢板进行连续退火，预热段以6.0℃/s～10.0℃/s的加热速度加热到100℃～200℃，之后以2.0℃/s～5.0℃/s的加热速度将钢板加热到两相区进行保温，保温温度为760℃～820℃，保温时间为160s～190s，然后以4℃/s～8℃/s的冷却速度将钢板缓冷至620℃～650℃，随后再以35℃/s～50℃/s的冷却速度将钢板快冷至250℃～270℃，过时效处理300s～400s，接着以3℃/s～8℃/s的冷却速度将钢板缓冷至室温。
3.如权利要求2所述的双相钢板的制备方法，其特征在于：所述热轧过程中的开轧温度为1070℃～1100℃，终轧温度为815～835℃，热轧最后一道次的压下率控制在22％～26％之间。
4.如权利要求2所述的双相钢板的制备方法，其特征在于：所述退火保温温度为785℃～825℃，保温时间为165s～185s， 随后以38℃/s～45℃/s冷速快冷至255℃～265℃，过时效处理320s～380s，随后缓冷至室温。
5.如权利要求2所述的双相钢板的制备方法，其特征在于：该钢的组织主要为马氏体和少量弥散分布的铁素体。
6.如权利要求2所述的双相钢板的制备方法，其特征在于：该钢具有较好的综合力学性能， Rp0.2 ＝1020～1100MPa， Rm ＝1600MPa～1850MPa， A50 ＝4.55％～9.50％，Rp0.2/Rm＝0.52～0.65。
7.如权利要求2所述的双相钢板的制备方法，其特征在于：该双相钢具有优良的耐腐蚀性能，在均匀腐蚀全浸试验模拟工业大气环境时，采用的腐蚀液为0.005mol/L的NaHSO3 溶液，得到的本发明钢的腐蚀速率为0.17g · m-2 · h-1 ；在中性盐雾试验模拟海洋大气环境时，采用的腐蚀液为50g/L±5g/L的NaCl溶液，得到本发明钢在96h和144h试验周期内的腐蚀速率分别为1.26g · m-2 · h-1 和1.11g · m-2 · h-1 。
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