CN107829025B - 一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢及其加工方法，属于轧钢技术领域。按照质量百分比，所述双相钢的化学成分为：C：0.05％～0.08％，Si：0.40％～0.90％，Mn：1.10％～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cr：0.30％～0.60％，Nb：0.015％～0.040％，Als：0.020％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。其采用薄板坯连铸连轧流程生产，加工方法包括冶炼、精炼、薄板坯连铸连轧、冷却、卷取、平整过程；最终获得了厚度1.0‑3.0mm的薄规格具有良好扩孔性能双相钢的批量稳定制造，降低了生产成本，且具有优良的综合力学性能，可替代冷轧双相钢用于制造乘用车车身结构件。

Description

一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢及其加工方法
技术领域
本发明涉及轧钢技术领域，特别涉及一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢及其加工方法。
背景技术
近年来，我国汽车工业持续高速发展，给社会能源供给和环境保护带来巨大影响。为应对环保压力，国家陆续颁布一系列纲领性文件，明确指出我国制造业应加快绿色制造、生态发展的转型步伐。现有研究表明，轻量化是实现汽车节能减排的最有效措施，钢铁材料的高强化是实现汽车轻量化的重要技术路径。绿色化、高性能化已成为汽车用钢铁材料的发展趋势。
传统的汽车用先进高强钢、特别是厚度1.5mm以下先进高强钢，采用热轧+冷轧的制造工艺，制造流程长、工序复杂、能耗高，面临来自汽车行业绿色制造和原料成本的巨大挑战。目前，用于汽车车身结构的双相钢，从成分上来看，大多含有Mo、Nb、Cu等贵重合金元素，合金成本较高；从生产工艺来看，冷轧产品生产流程能耗大、成本高，而热轧工艺生产的带钢厚度最薄仅为1.5mm，无法满足厚度1.5mm以下极薄规格双相钢的使用需求。此外现有的双相钢扩孔性能普遍较低，在冲压翻边成形零件时容易出现翻边开裂缺陷。因此，如何开发出绿色化、低成本、薄规格的新型汽车用先进高强钢成为了钢铁行业一项全新课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢，不含Mo、Cu等贵重合金元素，降低了合金成本，且性能能够满足汽车用高强钢的使用需求。
本发明的另一目的是提供一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，采用薄板坯连铸连轧流程生产厚度1.0-3.0mm的薄规格双相钢以替代冷轧产品，降低了生产成本，得到的双相钢具有良好的扩孔性能和综合力学性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢，按照质量百分比，所述双相钢的化学成分为：C：0.05％～0.08％，Si：0.40％～0.90％，Mn：1.10％～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cr：0.30％～0.60％，Nb：0.015％～0.040％，Als：0.020％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述双相钢的内部显微组织为铁素体+马氏体。
进一步地，所述双相钢的厚度为1.0～3.0mm，和/或扩孔率≥50％。
本发明还提供了一种上述薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，所述加工方法基于薄板坯连铸连轧流程，包括：
对铁水进行冶炼；
对冶炼后的铁水进行精炼，获取合金化处理后的钢水；
对所述钢水进行薄板坯连铸连轧，获取钢卷；其中，所述连铸连轧的加热温度为1150～1230℃，采用恒速轧制，轧制速度为4.5～9.5m/s；
对所述钢卷进行冷却及卷取；其中，所述冷却采用“水冷+空冷+水冷”的分段冷却方式，第一段水冷速度为30～100℃/s，冷却至630～700℃，随后空冷3.5～9.5s，第二段水冷速度为100～180℃/s，冷却至≤200℃进行卷取；
对卷取后钢卷进行平整处理，平整力控制为80～220吨，获得厚度为1.0～3.0mm的成品钢板。
优选的，所述薄板坯连铸连轧的加热温度为1180～1230℃，轧制速度为6.0～9.5m/s；和/或第一段水冷速度为60～100℃/s，冷却至670～690℃，随后空冷3.5～7.8s，第二段水冷速度为120～140℃/s，冷却至≤160℃进行卷取；和/或平整力为150～220吨。
更优选的，对于厚度1.5mm以下的双相钢，加热温度控制为1200～1230℃；轧制速度为8.0～9.5m/s，同时在轧后控制第一段水冷速度为70～100℃/s；平整力控制为170～220吨。
优选的，在所述连铸连轧中铸坯厚度50～150mm，控制连铸拉速为3.0～8.0m/min。
更优选的，铸坯厚度52～65mm，控制连铸拉速为4.1～4.9m/min。
优选的，所述连铸连轧的终轧温度为800～880℃。
优选的，所述双相钢的内部显微组织为铁素体+马氏体，和/或抗拉强度≥780MPa，和/或屈服强度≥500MPa，和/或扩孔率≥50％。
本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例提供的薄规格具有良好扩孔性能的双相钢，采用C-Mn-Cr-Nb系的简单合金成分，同时添加Si、Al等元素；碳可提高钢的抗拉强度，Mn提高强度和韧性，Cr阻碍碳原子的扩散，Si净化铁素体组织，Nb细化晶粒、提高强度和扩孔性能，在各元素共同作用下，保证最终材料的力学性能和冷成形性能，获得薄规格具有良好扩孔性能的的双相钢。
2、本申请实施例提供的薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，采用薄板坯连铸连轧流程，在生产工艺上通过对加热温度、恒速轧制过程及冷却方式的控制，实现厚度1.0-3.0mm的薄规格双相钢的批量稳定制造，缩短了制造流程，降低了生产成本，且具有优良的扩孔性能和综合力学性能，可替代冷轧产品，能够满足汽车用高强钢的使用需求。
附图说明
图1是本申请实施例薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法流程图；
图2是本申请实施例1获得的双相钢的金相组织照片。
具体实施方式
本申请实施例提供一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢及其加工方法，采用薄板坯连铸连轧流程生产厚度1.0-3.0mm的薄规格双相钢，降低了生产成本，得到的双相钢具有优良的扩孔性性能和综合力学性能。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
为实现上述目的，本申请实施例提供一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢，按照质量百分比，所述双相钢的化学成分为：C：0.05％～0.08％，Si：0.40％～0.90％，Mn：1.10％～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cr：0.30％～0.60％，Nb：0.015％～0.040％，Als：0.020％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。优选的，所述双相钢中C含量为0.06％～0.07％，Si含量为0.45％～0.70％，Mn含量为1.50％～1.60％，Nb含量为0.025％～0.035％。
本实施例中，所述双相钢的内部显微组织为铁素体+马氏体。
本实施例中，所述双相钢的厚度为1.0～3.0mm。
本申请通过优化合金元素进而形成以上化学成分的双相钢，是基于以下原理：
本申请实施例控制C元素含量范围为0.05％～0.08％，碳在双相钢中可提高马氏体硬度，并影响马氏体的体积分数，从而使材料的抗拉强度达到780MPa级以上。根据本钢种的应用范围，主要用于加工车身结构件等零件，需要进行较大程度的冲压变形加工，因此要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的冷成形性能。如果碳含量小于0.05％，马氏体的硬度会降低，在一定组分条件下，材料的抗拉强度达不到标准要求；如果碳含量大于0.08％，则不能满足材料的良好成形性能，同时还会使钢水在浇铸过程中发生包晶反应，增加连铸漏钢风险。所以，将碳含量限定在0.05～0.08％范围。
本申请实施例控制Si元素含量范围为0.40％～0.90％，硅在双相钢中加速碳向奥氏体的偏聚，使铁素体进一步净化，免除间隙固溶强化并可避免冷却时粗大碳化物的生成，同时固溶到铁素体中的硅可以影响位错的交互作用，增加加工硬化率和给定强度水平下的均匀延伸。如果硅含量大于0.90％，会增加材料表面氧化铁皮的去除难度，影响表面质量；如果硅含量小于0.40％，无法满足强化效果。所以，将硅含量限定在0.40～0.90％范围。
本申请实施例控制Mn元素含量范围为1.10％～1.60％，锰是提高强度和韧性最有效的元素，在双相钢中可有效的推迟珠光体转变。如果其含量小于1.10％，则不能满足材料强度要求；但是添加过量的锰，在碳含量较高的双相钢中会抑制铁素体的析出，鉴于此将其上限定为1.60％。所以，将锰含量限定在1.10～1.60％范围。
本申请实施例控制P元素含量≤0.015％，P为有害元素，为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，将其含量控制在0.015％以下。
本申请实施例控制S元素含量≤0.004％，钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。
本申请实施例控制Cr元素含量范围为0.30％～0.60％，铬是碳化物形成元素，与碳的亲和力较强，可阻碍碳原子的扩散，再加上锰的综合作用，使珠光体和贝氏体转变显著滞后，对双相钢生产有利。铬含量不足0.30％时，不能发挥其作用；铬含量大于0.60％已满足使用要求，继续添加会使成本上升。故，将铬含量控制在0.30～0.60％。
本申请实施例控制Nb元素含量范围为0.015％～0.040％，铌主要通过细化晶粒和析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物形成元素，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，使铁素体的硬度升高，从而减小了铁素体与马氏体两相之间的硬度差，有利于钢材扩孔性能的提升。当其含量低于0.015％时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于0.040％时，已能满足其强度与成型性能的要求，若再添加，合金成本会显著上升。所以根据钢种的性能目标要求，将铌含量限定在0.015～0.040％范围。
本申请实施例控制Al元素含量范围为0.020％～0.060％，铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加过量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.060％。
本申请实施例的双相钢由上述化学成分组成，从提高材料成形性、经济性的观点出发，未添加Ti、Cu、Ni、Mo等贵重合金元素。
通过上述内容可以看出，本申请实施例通过采用C-Mn-Cr-Nb系的简单合金成分，同时添加Si、Al等元素；碳可提高钢的抗拉强度，Mn提高强度和韧性，Cr阻碍碳原子的扩散，Si净化铁素体组织，Nb细化晶粒、提高强度和扩孔性能，在各元素共同作用下，保证最终材料的力学性能和冷成形性能，大幅降低了合金成本；采用上述成分设计，可获得厚度为1.0～3.0mm的薄规格钢板。双相钢的抗拉强度≥780MPa，屈服强度≥500MPa，扩孔率≥50％，延伸率A50≥14％，180°横向弯曲试验满足弯心直径D＝1.5a合格。
本申请实施例还提供了一种上述薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，包括冶炼→精炼→薄板坯连铸连轧→冷却→卷取→平整过程，如图1所示，具体步骤如下：
步骤S110：对铁水进行冶炼；优选的，在冶炼前对铁水进行脱硫处理；
步骤S120：对冶炼后的铁水进行精炼，获取合金化处理后的钢水；
具体的，经过转炉冶炼后的铁水进入LF炉或RH炉精炼处理，精炼过程合金化处理后钢水的化学成分为：C：0.05％～0.08％，Si：0.40％～0.90％，Mn：1.10％～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cr：0.30％～0.60％，Nb：0.015％～0.040％，Als：0.020％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。
步骤S130：对所述钢水进行薄板坯连铸连轧，获取钢卷；
具体而言，将钢水进行薄板坯连铸连轧生产：浇铸的钢坯厚度50～150mm，连铸拉速3.0～8.0m/min；铸坯在均热炉内进行加热，加热温度控制在1150～1230℃；在7机架精轧机中进行轧制，根据厚度规格采用恒速轧制，轧制速度控制在4.5～9.5m/s，终轧温度控制在800～880℃，轧制厚度1.0～3.0mm。其中，连铸拉速控制在3.0～8.0m/min，是为了提高钢坯进入均热炉的温度，从而减少均热炉的能耗，降低成本；钢卷根据最终成品厚度，轧制速度控制在4.5～9.5m/s，是为了保证在后续的分段冷却过程中，有足够的时间进行铁素体转变，从而获得合适比例的铁素体组织。
优选的，浇铸的钢坯厚度52～65mm，连铸拉速4.1～4.9m/min，均热炉加热温度1180～1230℃，轧制速度6.0～9.5m/s，终轧温度800～840℃。
步骤S140：对所述钢卷进行冷却及卷取；
具体而言，对轧制后的钢卷采用“水冷+空冷+水冷”的分段冷却方式：第一段水冷速度为30～100℃/s，冷却至630～700℃，其后进行空冷，空冷时间3.5～9.5s，第二段水冷速度为100～180℃/s，冷却至≤200℃进行卷取；控制冷却水水温≤30℃。其中，采用“水冷+空冷+水冷”分段冷却工艺，第一段水冷过程按照冷却速度为30～100℃/秒进行前端快速冷却，冷却到温度为630～700℃，是为了保证在钢材晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避免粗大晶粒的产生，使材料获得细小的奥氏体晶粒组织；空冷3.5～9.5s，使得部分奥氏体组织转变为铁素体；第二段水冷过程冷却速度为100～180℃/s，冷却至≤200℃进行卷取，使得在空冷阶段未转变的奥氏体组织快速转变为马氏体组织，从而使钢材最终获得铁素体+马氏体的双相组织。控制冷却水水温≤30℃是为了保证各段冷却时的冷却速度。
优选的，第一段水冷速度为60～100℃/s，冷却至670～690℃，其后进行空冷，空冷时间3.5～7.8s，第二段水冷速度为120～140℃/s，冷却至≤160℃进行卷取；控制冷却水水温≤25℃。
步骤S150：对卷取后钢卷进行平整处理，获得厚度为1.0～3.0mm的成品钢板。
具体而言，对钢卷进行平整处理的平整力为80～220吨，最终获得厚度1.0～3.0mm的内部显微组织为铁素体+马氏体的双相钢。其中，平整处理是为了改善热轧带钢的板形，使其达到冷轧产品要求；同时由于双相钢具有较高的初始加工硬化率，需要对平整力进行限制，因此根据成品钢卷的厚度控制平整力在80～220吨。优选的，平整力为150～220吨。
进一步优选的，对于厚度1.5mm以下极薄规格的双相钢，加热温度控制在1200～1230℃，可有效降低轧制过程负荷；轧制速度为8.0～9.5m/s，同时在轧后控制第一段水冷速度为70～100℃/s，能使带钢在冷却过程中保持稳定的铁素体转变时间，从而提高材料性能稳定性；采用柔性平整，平整力为170～220吨。
通过上述内容可以看出，本申请提供的双相钢的加工方法，基于薄板坯连铸连轧流程，在生产工艺上通过对加热温度、恒速轧制过程及冷却方式的控制，使钢带在冷却过程中保持稳定的铁素体转变时间，从而提高材料性能稳定性。通过上述方法可以生产厚度为1.0～3.0mm的钢板，根据本实施例生产的双相钢具有如下性能：抗拉强度≥780MPa，屈服强度≥500MPa，扩孔率≥50％，延伸率A50mm≥14％；材料的组织为铁素体和马氏体双相组织。产品具备低成本、薄或极薄厚度、高扩孔率等特点，可以替代冷轧双相钢用于制造乘用车车身结构件。
以下通过实施例对本申请作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
铁水经过转炉冶炼后进入LF炉或RH炉精炼处理，精炼过程进行合金化处理后的钢水化学成分如表1所示。
表1实施例双相钢成分(质量分数％，余量为Fe及不可避免杂质)
Figure BDA0001438742770000091
Figure BDA0001438742770000101
将表1中所示的不同成分的钢水进行薄板坯连铸连轧生产、层流冷却、卷取及平整处理，主要工艺参数如表2所示。
表2实施例主要工艺参数列表
Figure BDA0001438742770000102
本申请实施例的双相钢性能如表3所示。
表3实施例主要性能列表
Figure BDA0001438742770000111
由表3可以看出，实施例1-8获得的厚度规格1.0-3.0mm的双相钢都能满足屈服强度RP0.2≥500Mpa，抗拉强度Rm≥780MPa，扩孔率≥50％，延伸率A50≥14％。图2为本申请实施例获得的双相钢的金相组织图，由图2可以看出：该带钢的组织为铁素体+马氏体，铁素体晶粒度13.5级。
上述结果表明，采用本申请实施例中的成分设计和工艺控制能够得到厚度规格1.0-3.0mm具有良好扩孔性能的双相钢。
本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
(1)实现低成本制造。一方面，本申请实施例采用C-Mn-Cr-Nb系的简单合金成分具有良好扩孔性能双相钢的生产，大幅降低了合金成本；另一方面本申请实施例采用薄板坯连铸连轧流程生产汽车用先进高强钢，缩短了制造流程，可大幅降低生产工序成本。
(2)生产过程绿色化。本申请实施例采用薄板坯连铸连轧流程来生产汽车用先进高强钢替代传统的冷轧产品，省掉了复杂的冷轧工序，大幅度缩短制造流程、减少能耗水耗和各类废弃物排放，吨钢综合能耗可降低70％以上，等效CO2排放量可降低约30％，实现绿色制造。
(3)实现厚度1.5mm以下极薄规格双相钢制造。采用薄板坯连铸连轧流程生产极薄规格双相钢，带钢厚度由1.5mm降低至1.0mm时，存在轧制负荷高、铁素体转变不稳定和板形波动大等难点。本申请实施例采用“高温加热-恒速轧制-快速冷却-柔性平整”技术，能有效降低1.5mm以下带钢轧制负荷、稳定铁素体转变时间、提高薄规格双相钢板形，实现厚度1.5mm以下极薄规格双相钢批量稳定制造。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种薄规格具有良好扩孔性能的双相钢，其特征在于，按照质量百分比，所述双相钢的化学成分为：C：0.05%~0.08%，Si：0.40%~0.90%，Mn：1.10%~1.60%，P≤0.015%，S≤0.004%，Cr：0.30%~0.60%，Nb：0.015%~0.040%，Als：0.020%~0.060%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述双相钢的内部显微组织为铁素体+马氏体；所述双相钢的厚度为1.0～3.0mm，抗拉强度≥780MPa，扩孔率≥50%，屈服强度≥500MPa；
所述双相钢的加工方法包括：对铁水进行冶炼；
对冶炼后的铁水进行精炼，获取合金化处理后的钢水；
对所述钢水进行薄板坯连铸连轧，获取钢卷；其中，所述连铸连轧的加热温度为1150～1230℃，采用恒速轧制，轧制速度为4.5~9.5m/s；
对所述钢卷进行冷却及卷取；其中，所述冷却采用“水冷+空冷+水冷”的分段冷却方式，第一段水冷速度为30～100℃/s，冷却至630～700℃，随后空冷3.5~9.5s，第二段水冷速度为100～180℃/s，冷却至≤200℃进行卷取；
对卷取后钢卷进行平整处理，平整力控制为80~220吨，获得厚度为1.0~3.0mm的成品钢板；
在所述连铸连轧中铸坯厚度50~150mm时，控制连铸拉速为3.0~8.0m/min；铸坯厚度52~65mm时，控制连铸拉速为4.1~4.9m/min。
2.如权利要求1所述的薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，其特征在于，所述加工方法基于薄板坯连铸连轧流程，包括：
对铁水进行冶炼；
对冶炼后的铁水进行精炼，获取合金化处理后的钢水；
对所述钢水进行薄板坯连铸连轧，获取钢卷；其中，所述连铸连轧的加热温度为1150～1230℃，采用恒速轧制，轧制速度为4.5~9.5m/s；
对所述钢卷进行冷却及卷取；其中，所述冷却采用“水冷+空冷+水冷”的分段冷却方式，第一段水冷速度为30～100℃/s，冷却至630～700℃，随后空冷3.5~9.5s，第二段水冷速度为100～180℃/s，冷却至≤200℃进行卷取；
对卷取后钢卷进行平整处理，平整力控制为80~220吨，获得厚度为1.0~3.0mm的成品钢板；
在所述连铸连轧中铸坯厚度50~150mm时，控制连铸拉速为3.0~8.0m/min；铸坯厚度52~65mm时，控制连铸拉速为4.1~4.9m/min。
3.如权利要求2所述的薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，其特征在于，所述薄板坯连铸连轧的加热温度为1180～1230℃，轧制速度为6.0~9.5m/s；第一段水冷速度为60～100℃/s，冷却至670～690℃，随后空冷3.5~7.8s，第二段水冷速度为120～140℃/s，冷却至≤160℃进行卷取；平整力为150~220吨。
4.如权利要求2所述的薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，其特征在于，对于厚度1.5mm以下的双相钢，加热温度控制为1200~1230℃；轧制速度为8.0~9.5m/s，同时在轧后控制第一段水冷速度为70~100℃/s；平整力控制为170~220吨。
5.如权利要求2-4之一所述的薄规格具有良好扩孔性能的双相钢的加工方法，其特征在于，所述连铸连轧的终轧温度为800~880℃。
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