CN107723604A - 一种经济型690MPa级双相钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢及其制备方法，属于钢铁冶金和热连轧板带生产技术领域。一种经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，按重量百分比计，其化学成分为C：0.08％～0.12％，Si≤0.15％，Mn：1.70％～1.95％，Nb：0.045％～0.055％，P≤0.02％，S：≤0.003％，Als：0.015％～0.050％，Ti：0.08～0.12，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过设计合理的化学成分范围，同时配合所要求的轧制工艺，配以合理的快速冷却速率和卷取温度区间，获得铁素体和贝氏体组成的微观组织，制备所得双相钢具有强度高、延伸率高、成形性能好等优点，且其成本低廉，值得推广运用。

Description

一种经济型690MPa级双相钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金和热连轧板带生产技术领域，具体涉及一种经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢及其制备方法。
背景技术
为了汽车轻量化、降低油耗和改善整车安全性等，近年来许多新钢种的研发计划主要集中在开发具有良好成形性能的先进高强度钢(Advanced High Strength Steel，简称AHSS)。AHSS钢的种类很多，如铁素体/马氏体双相(Ferrite/Martensite Dual Phase，简称FMDP)钢、铁素体/贝氏体双相(Ferrite/Bainite Dual Phase，简称FBDP)钢、相变诱导塑性(Transformation Induced Plasticity，简称TRIP)钢、孪晶诱导塑性(TwinningInduced Plasicity，简称TWIP)钢、复相(Complex Phase，简称CP)钢、马氏体(Martensite，简称M)钢、淬火配分(Quenching and Paritioning，简称Q&P)钢和热成形(Hot Formed，简称HF)钢等。
FBDP钢也称延伸凸缘(Stretch-Flangeable，简称SF)钢或高扩孔(High Hole-Expansion，简称HHE)钢，当贝氏体含量为10％～20％时，其具有非常良好的成形性能，尤其是延伸凸缘性能。相对于HSLA(高强度低合金钢，High Strength Low Alloy Steel)和FMDP钢，FBDP钢的主要优点是提高了剪切边延展性，兼顾强度和延伸性的矛盾与平衡，并且其焊接、疲劳以及扩孔性能良好，具有一般材料不可比拟的优点；FBDP钢在闪光焊接后热影响区的硬度高于基体金属，随后加工时不会出现软化现象，同时该钢板具有良好的轻度-疲劳性能配合，与同等强度级别的HSLA钢相比，FBDP钢应***化指数(n值)和总延伸率较高，故FBDP钢更适合于冲压类似汽车底盘等要求较高，且延伸性能良好的部件。
20世纪90年代，美国、日本等相继开发了440～780MPa级高扩孔性能的热轧FB钢板，其扩孔率为70％～131％，主要应用于成形性，尤其是翻边性能要求良好的汽车底盘、车轮等部件，由于其含有较多贵重合金元素Cr、Nb、Ti、V和Mo等，虽然在冷速较低的条件下可以获得铁素体/贝氏体双相组织，但其成本较高。
近年来随着工艺技术的进步及轧制设备的快速更新，材料升级换代速度也在加快，同时，能源危机加重及政策要求节能减排及汽车轻量化的要求不断加深，经济型的高强钢呼声越来越高。因此，当前急需一种成本低廉又能保证优异性能的铁素体贝氏体双相钢，以符合高性能经济型、节能降耗的发展主题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢及其制备方法，该双相钢不含Cr、Nb、Ti、V和Mo等贵重合金元素，同时具有强度高、延伸率高、成形性能好等优点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，按重量百分比计，其化学成分为：C：0.08％～0.12％，Si≤0.15％，Mn：1.70％～1.95％，Nb：0.045％～0.055％，P≤0.02％，S：≤0.003％，Als：0.015％～0.050％，Ti：0.08～0.12，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢中，所述经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的微观组织由铁素体和贝氏体组成；其中，贝氏体的质量含量为10～40％。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢中，所述铁素体的平均晶粒尺寸≤10μm；所述贝氏体的平均晶粒度为12～12.5μm。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢中，所述经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的屈服强度为600～750MPa，抗拉强度为≥690MPa，延伸率为≥18％。
本发明还提供了上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述板坯加热的出炉温度为1200～1240℃。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述粗轧中粗轧采用5道次，每道次变形量≥20％。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述粗轧中中间坯厚度为32～45mm。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述精轧中开轧温度为≦1030℃。
优选的，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述精轧中开轧温度为950～1030℃。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述精轧中终轧温度为850～890℃。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述精轧中轧制厚度为2.5～6.0mm。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，所述层流冷却采用双段冷却工艺；所述双段冷却工艺的操作为：先以30～60℃/s的冷却速度冷却至600～640℃，保温5～8s，再以10～30℃/s的冷却速度冷却到520～550℃。
其中，上述所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法中，当经层流冷却至520～550℃，进行卷取。
本发明的有益效果是：
本发明采用C-Mn-Nb-Ti的成分设计，其中低的C含量可以保证材质有良好的成形性能；适当的Mn含量可以提供一部分固溶强化效果；Nb的加入可以有效细化晶粒，Ti增强钢的强度；通过设计合理的化学成分范围，同时配合所要求的轧制工艺，配以合理的快速冷却速率和卷取温度区间，最终获得铁素体和贝氏体组成的微观组织，制备所得经济型690MPa剂铁素体贝氏体双相钢具有强度高、延伸率高、成形性能好等优点，且其成本低廉，值得推广运用。
具体实施方式
具体的，一种经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，按重量百分比计，其化学成分为：C：0.08％～0.12％，Si≤0.15％，Mn：1.70％～1.95％，Nb：0.045％～0.055％，P≤0.02％，S：≤0.003％，Als：0.015％～0.050％，Ti：0.08～0.12，其余为Fe及不可避免的杂质。
在成分设计上，本发明采用C-Mn-Nb-Ti的成分设计，其中低的C含量可以保证材质有良好的成形性能；适当的Mn含量可以提供一部分固溶强化效果；Nb的加入可以有效细化晶粒，Ti同时配合所要求的轧制工艺，最终获得铁素体和贝氏体组成的微观组织，制备得到强度、塑性和扩孔性能优异的经济型690级铁素体贝氏体双相钢。
本发明所提供的双相钢中未加入Mo、Cr、Ni等贵重微合金元素，成本低廉，其微观组织由铁素体和贝氏体组成，其中，贝氏体的质量含量为10～40％，贝氏体的平均晶粒尺寸为12～12.5μm，余量为铁素体，铁素体的平均晶粒尺寸≤10μm，并且本发明的双相钢具备优异的力学性能，屈服强度为600～750MPa，抗拉强度为≥690MPa，延伸率为≥18％。
由于本发明双相钢中未加入Mo、Cr、Ni等贵重微合金元素，为了能够双相钢能够兼顾成本低廉及优异的力学性能，在通过巧妙合理的成分设计时，还需要配合本发明所提供经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。
上述方法中板坯加热的出炉温度为1200～1240℃，既保证板坯充分受热、合金元素充分固溶，又防止奥氏体晶粒的异常长大；粗轧采用5道次，每道次变形量必须≥20％，保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，可得到厚度为32～45mm的中间坯；精轧入口温度不作要求(一般开轧温度为≦1030℃，优选为950～1030℃)，终轧温度范围为850～890℃；精轧后的层流冷却采用双段冷却工艺，前段快速冷以30～60℃/s的冷却速度冷却至600～640℃，保温5～8s，以10～30℃/s的冷却速度冷却到520～550℃，然后卷取。
采用本发明成分生产FB双相钢，由于未加入Mo、Cr、Ni等贵重微合金元素，其CCT曲线中P与B转变曲线有一部分重合，同时贝氏体转变为扩散与切变的符合相变具有二者的特征，这就要求在层流冷却时前期有大的冷却速率，同时，在冷却至600～640℃时保温，促进C进一步扩散，后续继续快速冷却至贝氏体转变区间卷曲，得到铁素体加贝氏体组织。
本发明双相钢的高强度来自四方面：一是固溶强化，二是细小的铁素体晶粒，三是铁素体贝氏体组织强化，四是Ti的第二相析出强化。单纯的固溶强化和细晶强化不能达到690MPa强度级别，所以本发明加入适当的Ti，利用其第二相析出来达到析出强化，达到690MPa级别；同时铁素体晶粒的尺寸必须控制在≤10μm，这就需要钢板在终轧结束后必须快速冷，同时在600～640℃时保温5s，后续再快速冷却至450～500℃卷取，这既可以保证得到细小的铁素体，同时也能得到贝氏体，达到强化要求。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例采用四个实验组，实验组1～4的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的化学成分见表1；
表1实施例1双相钢的化学成分
本实施例的生产工艺流程为：铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。
经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，通过常规转炉冶炼、连铸后，所得板坯的化学成分如表1所示；
将连铸所得板坯加热到1200～1240℃(即表2中出炉温度)保温粗轧，200～250mm厚的板坯经过5道次粗轧，每道次变形量必须≥20％，根据成品厚度不同，中间坯厚度不同(保证变形量即可，可以在要求内变动)；
经过粗轧后的钢坯随后进行热卷箱卷取，所述热卷箱可以为无芯移送热卷箱；在热卷箱中实现中间坯头尾互换，以保证钢坯通长的温度均匀；同时去除二次氧化铁皮以保证钢坯板面光洁；
中间坯经热卷箱卷取之后即进行移位开卷，进入精轧区进行精轧，精轧入口温度(即表2中开轧温度)不高于1030℃，终轧温度范围为850～890℃，精轧后采用双段冷却工艺，前段快速冷以30～60℃/s冷却至640℃，保温5s，再以10～30℃/s的冷却速度冷却到500～550℃卷取；
卷取后，包装入库，即得经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢；
本实施例中热轧工艺控制值见表2；
表2实施例1的热轧工艺控制值
上述实验组1～4所得经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，按国家标准进行测定其屈服强度、抗拉强度和延伸率；冷弯实验为成型性验证实验，冷弯后不开裂即为合格；各实验组双相钢力学性能见表3。
表3实施例1各实验组双相钢的力学性能
由本实施例可知，本发明通过控制钢的化学成分及其制备方法，得到了一种强度、塑性和扩孔性能优异的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢；本发明采用C-Mn-Nb-Ti的成分设计，不添加Cr、Nb、Ti、V和Mo等贵重合金元素，显著降低了钢质的合金成本，从材质方面实现了经济型。

Claims (9)

1.经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，其特征在于：按重量百分比计，其化学成分为：C：0.08％～0.12％，Si≤0.15％，Mn：1.70％～1.95％，Nb：0.045％～0.055％，P≤0.02％，S：≤0.003％，Als：0.015％～0.050％，Ti：0.08～0.12，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，其特征在于：所述经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的微观组织由铁素体和贝氏体组成；其中，贝氏体的质量含量为10～40％。
3.根据权利要求2所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，其特征在于：所述铁素体的平均晶粒尺寸≤10μm；所述贝氏体的平均晶粒度为12～12.5μm。
4.根据权利要求1所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，其特征在于：所述经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的屈服强度为600～750MPa，抗拉强度为≥690MPa，延伸率为≥18％。
5.权利要求1～4任一项所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。
6.根据权利要求5所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，其特征在于：所述板坯加热的出炉温度为1200～1240℃。
7.根据权利要求5所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，其特征在于：所述粗轧中粗轧采用5道次，每道次变形量≥20％；所述粗轧中中间坯厚度为32～45mm。
8.根据权利要求5所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，其特征在于：所述精轧中终轧温度为850～890℃；所述精轧中轧制厚度为2.5～6.0mm。
9.根据权利要求5～8任一项所述的经济型690MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢的制备方法，其特征在于：所述层流冷却采用双段冷却工艺；所述双段冷却工艺的操作为：先以30～60℃/s的冷却速度冷却至600～640℃，保温5～8s，再以10～30℃/s的冷却速度冷却到520～550℃。
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