CN108929987B - 一种460MPa级冷轧微合金高强度钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种460MPa级冷轧微合金高强度钢，其化学成分及所占质量百分比包括：C 0.051～0.059，Si 0.01～0.02，Mn 1.17～1.27，Al 0.2～0.5，P≤0.010，S≤0.006，Nb 0.03～0.05，Ti 0.07～0.08；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明结合成分设计和制造工艺改进，所得钢材产品强度高、伸长率高、点焊性好和成形性好，可表现出良好的可镀性且回弹变形小，解决了现有同级别高强钢成形性、焊接性、回弹性能差等问题，具有显著的社会效益和经济效益。

Description

一种460MPa级冷轧微合金高强度钢及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁生产与研究技术领域，具体涉及一种460MPa级冷轧微合金高强度钢及其制造方法。
背景技术
低合金高强度钢是以低碳锰系或硅锰系为基础，通过添加少量的合金元素，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢的强度，主要用于汽车内外覆盖件、结构件、支撑件等。随着汽车用钢日益高强化的要求，同时具有良好的成型性能和焊接性的高强度钢成为汽车等领域的研究热点。
专利CN106929758A公开了一种多级冷轧低合金高强钢带，其化学成分质量百分比为：C0.06-0.10％，Si 0.15～0.30％，Mn 1.10～1.30％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als0.020～0.060％，Nb 0.045～0.060，N≤0.0060％，余量为Fe及不可避免杂质；其制备工艺包括板坯加热、热轧、层流冷却、酸轧、连退和平整工序。所述多级冷轧低合金高强钢带中，C含量范围为0.06％以上，高达0.10％，炼钢时易产生包晶反应，引起铸坯裂纹，单一Nb微合金化，成形性能不利；且Si含量过高，给冶炼和轧制带来困难，铸坯易边裂，热轧板也会边裂；同时Si含量过高，存在焊接困难等问题，也会导致冲压产生回弹。此外，采用的连退工艺复杂，大批量生产困难大，并存在工艺稳定性差等问题。
专利CN107904485A公开了一种屈服强度420MPa级冷轧低合金高强钢及其制造方法，其化学成分质量百分比为：C0.06-0.10％，Si 0.10～0.25％，Mn 1.25～1.70％，P≤0.025％，S≤0.015％，Al 0.020～0.050％，Ti 0.031～0.050，余量为Fe及不可避免杂质；其生产工艺采用的热轧工艺参数为：热轧加热温度为1200～1250℃，终轧温度为860～900℃，卷取温度540～580℃；生产中的罩式退火工艺参数为：退火保温温度为600～630℃，加热速率为≤50℃/h，出炉温度≤80℃。所得低合金高强钢带屈服强度420～480MPa，抗拉强度490～590MPa，延伸率A80≥19％。但所述冷轧低合金高强钢中C含量同样较高，炼钢时易产生包晶反应，引起铸坯裂纹，单一Ti微合金化，成形性能不利；同样Si含量过高，给冶炼和轧制带来困难，铸坯易边裂，热轧板也会边裂，焊接困难，也会导致冲压产生回弹；此外，热处理采用罩式退火工艺，易导致内外卷温差大，卷头卷尾性能波动大，且表面质量难控制。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种460MPa级冷轧微合金高强度钢及其制造方法，结合成分设计和制造工艺改进，所得钢材产品强度高、伸长率高、点焊性好和成形性好，可表现出良好的可镀性且回弹变形小，解决了现有同级别高强钢成形性、焊接性、回弹性能差等问题，具有显著的社会效益和经济效益。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种460MPa级冷轧微合金高强度钢，其化学成分及所占质量百分比包括：C0.051～0.059，Si0.01～0.02，Mn 1.17～1.27，Al0.2～0.5，P≤0.010，S≤0.006，Nb 0.03～0.05，Ti 0.07～0.08；余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述其化学成分及所占质量百分比包括：C 0.053～0.057，Si 0.01～0.02，Mn1.19～1.23，Al 0.2～0.4，P≤0.010，S≤0.006，Nb 0.035～0.050，Ti0.071～0.079；余量为Fe和不可避免的杂质。
上述方案中，所述460MPa级冷轧微合金高强度钢的金相组织为铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度为12-13.5级；珠光体所占体积百分数为15.5～16.5％。
上述方案中，所述铁素体晶内或晶界有弥散粒子析出，粒子平均间距为(0.9～1.1)×10-4/mm，粒子平均直径(0.15～0.19)×10-5/mm。
本发明还提供了一种460MPa级冷轧微合金高强度钢的制备方法，包括高炉铁水、铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热、热轧、卷取、酸洗冷连轧、连续退火和平整步骤；其中，连续退火工艺为：首先加热至807～815℃，快冷(冷却速率为25～28℃/s)，再在375～400℃条件下时效处理后，冷却至室温。
上述方案中，所述转炉炼钢工艺采用的出钢温度为1640～1660℃；板坯加热温度为1262～1269℃；热轧粗轧温度为1118～1127℃，终轧温度为891～905℃；卷取温度为552～561℃；酸洗冷连轧步骤中钢板冷轧原始厚度为4.0～4.5mm，成品厚度为1.3～1.5mm。
上述方案中，所述冶炼工艺包括高炉铁水、铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热，具体包括如下步骤：
1)转炉炼钢；经过工业转炉顶底复合吹炼试验钢，考虑到满足本钢种要求和大生产需要，设定出钢目标温度为1650℃左右，顶底复吹转炉炉底原采用4块针孔型透气砖，为了降低吹炼终点钢水[O]含量，将透气砖增加为6块；还通过合理控制炉形，保证全炉役的复吹强度≥0.040m3/min.t，并且在操作上强调“一次拉碳”，避免或减少点吹，在出钢前进行后搅，促进[C]-[O]平衡，可使平均出钢溶解氧[O]降低0.005～0.006％；防止夹杂物尤其是大颗粒Al2O3夹杂破坏钢的连续性。
2)真空处理；真空度≤100Pa，纯真空处理时间目标为15min，RH处理结束后，可以返回LF炉加热，不得添加任何材料；RH处理结束后，钢水[H]≤1.5ppm；
3)连铸；通过钢水精炼后禁止吹氩，调整长水口***深度、优化保护渣成分、结晶器液面高度稳定在80±3mm范围等措施加强保护浇铸防止钢水二次氧化，对连铸过程中可能的增氧环节进行严格控制，使增氧增氮控制在2～3ppm以内；
4)板坯加热；本发明的钢板含有微合金元素，加热温度保持在1262～1269℃范围内。高温加热不仅能源消耗大、加热炉损伤大，而且钢板氧化严重，给轧钢除磷带来压力和困难，加热温度低，难以保证后续的粗轧和精轧温度以及相变与析出弥散效果。
上述方案中，所述轧制工艺包括热轧、卷取、酸洗冷连轧，具体包括如下步骤：
1)热轧；粗轧温度为1118～1127℃，终轧温度为891～905℃，可在保证钢板奥氏体单相区轧制以获得均匀的晶粒尺寸；
2)卷取；钢板卷取温度为552～561℃，为保证相变与析出行为，同时，获得一定的晶粒尺寸。
3)酸洗冷连轧；钢板冷轧原始厚度为4.0～4.5mm，成品厚度在1.3～1.5mm。
产品的厚度精度直接影响零件加工精度和加工性能，另外，通过平整消除屈服平台，避免零件冲压起皱和产生拉伸应变痕，影响零件外观和使用性能。
上述方案中，所述连续退火工艺后，还采用平整工艺，产品的厚度精度直接影响零件加工精度和加工性能，另外，通过平整消除屈服平台，避免零件冲压起皱和产生拉伸应变痕，影响零件外观和使用性能。
本发明采用的设计原理如下：
一、成分设计原理：
C，价格低廉，强化效果十分明显，且合适的C含量与微合金元素结合，利于弥散强化，但C含量过高，不利于保证材料的成形性和焊接性能。
Si元素固溶在铁素体中，提高钢的强度，但Si元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，从而影响材料的镀锌性能，对回弹也会产生不利影响。
Mn元素是常规的强韧化元素，作为奥氏体形成元素，在扩大奥氏体区，降低终轧温度，推迟奥氏体转变，可以同时起到细化晶粒的作用；但Mn元素含量太高，一方面增加成本，另一方面增加钢的淬透性，使焊接组织出现硬化层导致裂纹焊缝及热影响区裂纹敏感性增高。
Al起到脱氧作用，同时也避免了该钢在应用过程中的延迟断裂现象发生，过多的Al带来冶炼难度和夹杂产生。
P对本发明所述钢材的塑性、焊接性和成形性不利，这个范围工业化生产上很容易控制；S对本发明材料的越低越好，减少夹杂等缺陷。
Nb、Ti：在控制轧制过程中和轧后冷却中固溶Nb和Ti以弥散且微细的碳氮化物析出，提高钢的强度，抑制奥氏体再结晶，提高奥氏体的再结晶温度，细化轧制后奥氏体晶粒，阻止加热奥氏体晶粒长大，细化轧后铁素体晶粒。
二、工艺设计原理：
本发明通过控制轧制和控制冷却工艺获得热轧态细晶组织，经相关道次及特定压下率的冷连轧后，进行连续退火，完成主要生产工艺，获得组织为等轴铁素体+粒状珠光体，并且有大量弥散粒子析出，其中，珠光体体积百分数在15.5-16.5％左右。
采用上述化学成分优化设计和专门的冶炼、热轧、冷轧和连续退火等工艺控制，本发明获得的产品组织结构为：针状铁素体+珠光体，晶粒度在13.5级左右，其中，珠光体体积百分数在15.5～16.5％左右，在铁素体晶内或晶界有弥散粒子析出，粒子平均间距(0.9～1.1)×10-4/mm，粒子平均直径(0.15～0.19)×10-5/mm。由于受到化学驱动力的影响，随着钢中氮和铌含量的增加，弥散粒子尺寸减小，随着钢中氮和铌含量的增加，弥散粒子间距减小；所得产品的屈服强度为469～478MPa，抗拉强度为571～583MPa；延伸率为21～25％，应***化指数n为0.23～0.25；所得钢材产品具有高强度、高伸长率、应***化指数较适中、回弹量小的特点，适用于制造汽车加强件等领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明采用弥散强化技术的冷轧高强钢，来达到所要求的性能，弥散粒子除了具有弥散强化作用外还可以细化强化，因此，在提高强度的同时基本不降低成形性能，有利于钢板的综合力学性能的改善；
2)发明材料成分的独特性，保证了良好的焊接性能和低回弹性能以及抗延迟断裂性能；
3)含有稳定的针状铁素体+珠光体，且具有大量的弥散粒子分布于铁素体晶内和晶界，保证了材料稳定的力学性能和应用性能；
4)与同等强度的传统钢相比，焊接性、回弹性性能优异，是高端轿车选取的理想结构材料。
5)所得钢材产品强度高、伸长率高、点焊性好和成形性好，可表现出良好的可镀性且回弹变形小，解决了现有同级别高强钢成形性、焊接性、回弹性能差等问题，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例6所得460MPa级冷轧微合金高强度钢的金相组织图，其金相组织为铁素体+珠光体，且尺寸细小均匀，晶粒度为13.5级。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本发明各实施例均按照以下步骤生产：
1)转炉炼钢：根据表1所述设计成分进行冶炼，经过工业转炉顶底复合吹炼试验钢，考虑到满足本钢种要求和大生产需要，设定出钢目标温度为1650℃左右，顶底复吹转炉炉底原采用4块针孔型透气砖，为了降低吹炼终点钢水[O]含量，将透气砖增加为6块；还通过合理控制炉形，保证全炉役的复吹强度≥0.040m3/min.t，并且在操作上强调“一次拉碳”，避免或减少点吹，在出钢前进行后搅，促进[C]-[O]平衡，可使平均出钢溶解氧[O]降低0.005～0.006％；防止夹杂物尤其是大颗粒Al2O3夹杂破坏钢的连续性。
2)真空处理：真空度≤100Pa，纯真空处理时间目标为15min，RH处理结束后，可以返回LF炉加热，不得添加任何材料；RH处理结束后，钢水[H]≤1.5ppm；
3)连铸：通过钢水精炼后禁止吹氩，调整长水口***深度、优化保护渣成分、结晶器液面高度稳定在80±3mm范围等措施加强保护浇铸防止钢水二次氧化，对连铸过程中可能的增氧环节进行严格控制，使增氧增氮控制在2～3ppm以内；
4)板坯加热；本发明的钢板含有微合金元素，加热温度保持在1262～1269℃范围内。高温加热不仅能源消耗大、加热炉损伤大，而且钢板氧化严重，给轧钢除磷带来压力和困难，加热温度低，难以保证后续的粗轧和精轧温度以及相变与析出弥散效果；
5)热轧；热轧时粗轧温度为1118～1127℃，终轧温度为891～905℃，可在保证钢板奥氏体单相区轧制以获得均匀的晶粒尺寸；
6)卷取；卷取温度为552～561℃范围内，可保证相变与析出行为，同时，获得一定的晶粒尺寸；
7)酸洗+冷连轧；钢板冷轧原始厚度为4.0～4.5mm，成品厚度在1.3～1.5mm；
8)连续退火；连续退火是本发明获得针状铁素体+适量珠光体组织结构的关键工艺，其工艺条件为：保温温度控制在807～815℃，然后快冷，在375～400℃时效后，冷却到室温；
9)平整。
表1实施例1～5和对比例1～2所述钢材的化学成分信息(wt,％)
Figure BDA0001712813180000051
其中，对比例1和对比例2所述钢材分别为专利文件CN106929758A和专利文件CN107904485A记载的钢材。
表2实施例1～5和对比例1～2所述钢材的主要工艺参数
Figure BDA0001712813180000061
表3实施例1～6和对比例1～2所得钢材产品的性能测试结果
Figure BDA0001712813180000062
图1为本发明实施例6所得460MPa级冷轧微合金高强度钢的金相组织图，其金相组织为铁素体+珠光体，且尺寸细小均匀，晶粒度为13.5级；其中珠光体体积百分数为15.9％，在铁素体晶内或晶界有弥散粒子析出。
上述结果表明：本发明所得钢材产品的屈服强度为469～478MPa，抗拉强度为571～583MPa；延伸率为21～25％，应***化指数n为0.23～0.25；所得钢材产品具有强度高、伸长率高、点焊性好和成形性好、回弹量小等优点，解决了现有同级别高强钢成形性、焊接性差和对生产工艺要求高等问题，具有显著的社会效益和经济效益。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种460MPa级冷轧微合金高强度钢，其化学成分及所占质量百分比包括：C0.051～0.059，Si0.01～0.02，Mn 1.17～1.27，Al0.2～0.5，P≤0.010，S≤0.006，Nb 0.03～0.05，Ti 0.07～0.08；余量为Fe和不可避免的杂质；其金相组织为铁素体+珠光体，珠光体所占体积百分数为15.5～16.5％；所述铁素体晶内或晶界有弥散粒子析出，粒子平均间距为(0.9～1.1)×10-4/mm，粒子平均直径为(0.15～0.19)×10-5/mm。
2.根据权利要求1所述的460MPa级冷轧微合金高强度钢，其特征在于，其化学成分及所占质量百分比包括：C0.053～0.057，Si0.01～0.02，Mn1.19～1.23，Al0.2～0.4，P≤0.010，S≤0.006，Nb0.035～0.050，Ti0.071～0.079；余量为Fe和不可避免的杂质。
3.权利要求1～2任一项所述460MPa级冷轧微合金高强度钢的制备方法，其特征在于，包括高炉铁水、铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热、热轧、卷取、酸洗冷连轧、连续退火和平整步骤；其中，连续退火工艺为：首先加热至807～815℃，快冷，再在375～400℃条件下时效处理后，冷却至室温。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述转炉炼钢工艺采用的出钢温度为1640～1660℃；板坯加热温度为1262～1269℃；热轧粗轧温度为1118～1127℃，终轧温度为891～905℃；卷取温度为552～561℃；酸洗冷连轧步骤中钢板冷轧原始厚度为4.0～4.5mm，成品厚度为1.3～1.5mm。
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