CN109321839A - 一种240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法 - Google Patents

一种240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法，各化学成分及其质量百分比为：C：0.0015～0.0030％；Si≤0.03％；Mn：0.40～0.6％；P：0.05～0.065％；S：≤0.01％；Alt：0.02～0.06％；Nb：0.006～0.014％；B：0.0003～0.0008％；N：≤0.004％，其余是Fe和不可避免杂质；制造方法包括：首先冶炼钢坯，再对钢坯依次进行热轧、冷轧、退火和镀锌。根据本发明方法制造的成品钢降低了烘烤硬化钢的温度敏感性，使仓储环境在‑10℃至40℃范围条件下提高抗时效时间至6个月以上，冲压前屈服点延伸率Ae值≤0.8％。

Description

一种240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法
技术领域
本申请属于金属材料加工中冷连轧热镀锌技术领域，具体涉及一种240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法。
背景技术
烘烤硬化钢是一种应变时效钢，在冲压成形前具有较低的屈服强度，加工性能优良，在经过冲压成形烤漆后，屈服强度可以得到一定程度的提高，主要用于汽车外板等外覆盖件的生产。目前国内常用外板牌号屈服强度主要有180MPa、220MPa两个强度级别，如中国发明申请“一种耐时效冷轧烘烤硬化钢220BH及其生产方法”(申请号CN201611177925)，公开了一种耐时效冷轧烘烤硬化钢220BH，其屈服强度为220MPa级，采用超低碳加微量Nb、Mo元素，配合高温退火快速冷却工艺，获得6个月以上的耐时效性能。
目前国内对于屈服强度为240MPa的BH钢外板应用较少，由于BH钢时效期对温度变化较为敏感，因此一般在高温条件下(≥30℃)储存时间超过三个月后易出现冲压橘皮缺陷，严重影响产品质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可以解决现有烘烤硬化钢由于对温度敏感，产生时效而引起的零件冲压橘皮问题的240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种240MPa级烘烤硬化钢，所述240MPa级烘烤硬化钢的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0015～0.0030％；Si≤0.03％；Mn：0.40～0.6％；P：0.05～0.065％；S：≤0.01％；Alt：0.02～0.06％；Nb：0.006～0.014％；B：0.0003～0.0008％；N：≤0.004％，其余是Fe和不可避免杂质。
优选的，所述Nb成分的加入量与所述C成分含量配比的比例满足9≤Ceff≤15，其中Ceff＝C-Nb/7.75。
在本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，各化学成分的作用如下：
本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，Nb元素为关键元素之一，与C元素形成化合物，本发明通过合理设置C和Nb元素含量，将C元素的含量控制在0.0015～0.0030％，同时Nb元素控制在0.006～0.014％，共同配合控制最终成品固溶碳含量Ceff区间在9～15PPm。
本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，Si元素含量较低，Si≤0.03％，较低的Si含量能够保证镀锌产品表面的可镀性。
钢中固溶的Mn元素具有提高材料的强度、防止热脆的能力，为保障产品具有较高抗拉强度的同时又具有良好的成形性，本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，Mn元素的含量设计为0.40～0.6％。
P元素以置换固溶方式存在本发明的240MPa级烘烤硬化钢成分体系产品中，作用为通过固溶强化方式提高最终产品的屈服强度，屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥340MPa，本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，P元素的含量上限限定为0.065％，可降低产品的低温脆性。
S元素为杂质元素，视炼钢设备情况尽量控制在靠下限区间。
Al元素在本发明的240MPa级烘烤硬化钢中作用为脱氧剂，目的主要是去除冶炼时溶在钢液中的氧，提高钢水纯净度。本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，全铝含量为0.02～0.06％，热轧时少量Al含量可细化晶粒，提高冲击韧性。
B元素在本发明的240MPa级烘烤硬化钢中用来改善二次加工脆性，因P元素易在晶界偏析且降低晶界的强度，而B元素在晶界处析出可以起到增加晶界内聚力的作用，因此本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，B元素的含量为0.0003～0.0008％，可以避免由于P元素引起的二次冷变形脆化趋势。
N元素为本发明中的炼钢残余元素，不需人工增加。但此残余元素可间接影响最终产品固溶碳含量，因此本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢中，严格控制N元素含量≤0.004％。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种240MPa级烘烤硬化钢的制造方法，包括如下步骤：
冶炼并连铸，获得包含所述质量百分比的各化学成分的钢坯；
对所述钢坯进行热轧，得到热轧卷；
对热轧后的所述热轧卷进行冷轧，得到冷硬卷；
对冷轧后的所述冷硬卷进行退火，最终获得所述240MPa级烘烤硬化钢。
进一步地，所述对所述钢坯进行热轧，包括：将所述钢坯从室温进行加热，经过粗轧、精轧、层流冷却后，低温卷取成所述热轧卷。
进一步地，所述将所述钢坯进行加热，加热温度为1250±30℃；终轧温度为930±20℃；卷取温度为600±20℃。
当加热温度达1250℃时，铌的化合物Nb(C、N)分解，得到一定量的固溶碳，如果加热温度低，此时奥氏体晶粒大小不均，使加工后的钢材易产生混晶，如果加热温度高，则晶粒过分长大，使钢材在加工后晶粒难以细化。因此本技术方案中加热温度以1250℃为宜。
由于Nb(C、N)的析出，约从930℃起，可认为奥氏体晶粒变形后基本上不发生再结晶，因此本技术方案中终轧温度定为930℃。
卷曲温度过高会增加加剧热轧氧化铁皮的程度，影响产品表面质量，卷曲温度过低，影响产品的性能，因此本技术方案中卷曲温度设定为600℃。
进一步地，所述对热轧后的所述热轧卷进行冷轧，包括：将所述热轧卷自然冷却后通过酸洗、冷轧获得冷硬卷，冷轧总压下率为58～84％。
一定的冷轧压下率是随后连续退火再结晶的驱动力，并决定了再结晶形核点的多少，因此本技术方案中，根据不同的带钢厚度规格，将冷轧压下率控制在58～84％。
进一步地，所述对冷轧后的所述冷硬卷进行退火，包括：对所述冷硬卷进行连续退火获得带钢，将退火后所述带钢经过热镀锌，最终获得所述240MPa级烘烤硬化钢。
进一步地，所述连续退火包括：所述冷硬卷由连续退火炉的预热段进入所述连续退火炉，并在所述连续退火炉内的还原性气氛中连续经过20～30秒加热至200℃；该操作的目的是为尽量减少产品再结晶前内应力，使得产品在后续处理过程中不出现由于内应力过大而发生炉内瓢曲。
在所述连续退火炉的加热段将所述冷硬卷经130～200秒进一步加热到760±5℃，保温50～70s；本发明成分体系NbC分解温度在800℃～820℃范围内(如图2所示)，因此必须保证在800℃以下退火，以防止NbC析出物溶解成碳、铌原子而增加产品整体碳原子固溶含量，另外温度高则强度偏低，温度过低则再结晶不充分，n值、r值偏低，因此本技术方案中将退火温度设定为760℃，保温50～70s，此过程使得超低碳烘烤硬化钢组织充分再结晶。
在所述连续退火炉的缓冷段将所述冷硬卷经14～20秒冷却至680±5℃；此过程使得产品冷却时内应力减少，防止带钢从高温再结晶温度冷却过程中出现温度骤然降低引起产品瓢曲变形，使得产品能保持良好板形。
在所述连续退火炉的快冷段将所述冷硬卷经13～20秒冷却至470±5℃，得到退火后带钢。该操作的目的为迅速冷却至目标温度，控制最终产品的固溶碳含量，最终控制成品性能。
进一步地，所述连续退火炉内的还原性气氛中的介质为H2和N2的混合气体。在H2和N2介质中处理的目的为保证产品带钢表面不发生氧化，最终能够得到表面光亮的钢材基板。
进一步地，所述将退火后所述带钢经过热镀锌，包括：将所述带钢入锌锅镀锌，所述带钢入锌锅时的温度为460±10℃，得到热镀锌带钢；
将所述热镀锌带钢经平整后卷取成成品，平整延伸率为1.4±0.2％，获得所述240MPa级烘烤硬化钢。通过适当平整，能消除退火产品最初的屈服平台，解决成品在冲压时出现吕德斯带缺陷，同时也使得产品获得一定的粗糙度，改善表面质量，以满足汽车外板件表面质量要求。
由上述技术方案可知，本发明提供的240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法，通过优化成分设计，在成分存在范围波动时，通过控制冶炼过程中C、Nb含量比，配合后续处理工艺中的低温卷曲，低温退火，保证成品最终固溶碳在9～15ppm范围内，进而降低烘烤硬化钢的温度敏感性，通过调整和优化热轧、冷轧退火工艺参数、平整工艺参数，成功生产出一种温度敏感性低的超低碳热镀锌240MPa级烘烤硬化钢，该热镀锌钢板的标准屈服强度范围是240～300MPa，降低了烘烤硬化钢温度敏感性，使仓储环境在-10℃至40℃范围条件下提高抗时效时间至6个月以上，冲压前屈服点延伸率Ae值≤0.8％
附图说明
图1为本发明实施例中240MPa级烘烤硬化钢的制造方法的流程图；
图2为本发明实施例中240MPa级烘烤硬化钢的NbC溶解度曲线图。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
实施例1：
一种240MPa级烘烤硬化钢，该钢种的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0021％；Si：0.010％；Mn：0.44％；P：0.053％；S：0.004％；Alt：0.036％；Nb：0.009％；B：0.0004％；N：0.0017％，其余是Fe和不可避免杂质。其中Nb成分的加入量及与C成分含量配比的比例满足Ceff＝C-Nb/7.75＝9ppm。
本发明实施例还对应提供一种上述240MPa级烘烤硬化钢的制造方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：冶炼并连铸，获得包含上述质量百分比的各化学成分的钢坯。
步骤2：对钢坯进行热轧，得到热轧卷；
具体为：将钢坯从室温进行加热，加热温度为1270℃；经过粗轧、精轧获得热轧板，终轧温度为940℃；将热轧板进行层流冷却后，低温卷取成热轧卷，卷取温度为615℃。
步骤3：对热轧后的热轧卷进行冷轧，得到冷硬卷；
具体为：将热轧卷自然冷却后通过酸洗、冷轧获得冷硬卷，本实施例中，根据该带钢厚度规格，将冷轧压下率控制在80％。
步骤4：对冷轧后的冷硬卷进行退火，具体为对冷硬卷进行连续退火获得带钢，将退火后带钢经过热镀锌，最终获得240MPa级烘烤硬化钢。详细步骤如下：
步骤41：冷硬卷由连续退火炉的预热段进入连续退火炉，并在连续退火炉内的还原性气氛中连续经过27秒加热至200℃，本实施例中，连续退火炉内的还原性气氛中的介质为H2和N2的混合气体。
步骤42：在连续退火炉的加热段将冷硬卷经159秒进一步加热到763℃，保温56s。
步骤43：在连续退火炉的缓冷段将冷硬卷经17秒冷却至682℃。
步骤44：在连续退火炉的快冷段将冷硬卷经16秒冷却至469℃，得到退火后带钢。
步骤45：将带钢入锌锅镀锌，带钢入锌锅时的温度为462℃，得到热镀锌带钢。
步骤46：经镀后冷却段将热镀锌带钢水冷却至室温，将热镀锌带钢经平整后卷取成成品，平整延伸率为1.35％，获得240MPa级烘烤硬化钢。
测试按照上述工艺处理后得到的240MPa级烘烤硬化钢的钢种性能，性能结果如表1所示，在不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值如表2所示。
表1超低碳BH钢性能
表2不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值
仓储温度 -10℃ 20℃ 40℃
Ae值(6个月后) 0.2 0.4 0.6
由上表可知，通过本实施例生产的240MPa级烘烤硬化钢在不同的仓储温度条件下保存6个月以后，屈服点延伸率Ae值≤0.8％，有效的保证了用户冲压过程中的产品质量。
实施例2：
一种240MPa级烘烤硬化钢，该钢种的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0023％；Si：0.010％；Mn：0.48％；P：0.057％；S：0.006％；Alt：0.039％；Nb：0.010％；B：0.0005％；N：0.0014％，其余是Fe和不可避免杂质。其中Nb成分的加入量及与C成分含量配比的比例满足Ceff＝C-Nb/7.75＝10ppm。
该钢种的热轧工艺控制加热温度为1260℃；终轧温度为935℃；卷取温度为610℃；冷轧工艺控制冷轧压下率为80％。连续退火工艺中预热段将带钢由室温进入炉内介质由H2和N2组成的还原性气氛中连续经过27秒加热至200℃；加热段将带钢经159秒进一步加热到760℃，保温56s；缓冷段将带钢经17秒冷却至680℃；快冷段将带钢经16秒冷却至470℃；最终带钢入锌锅温度为460℃；平整延伸率为1.4％。
测试按照上述工艺处理后得到的240MPa级烘烤硬化钢的钢种性能，性能结果如表3所示，在不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值如表4所示。
表3超低碳BH钢性能
表4不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值
仓储温度 -10℃ 20℃ 40℃
Ae值(6个月后) 0.1 0.3 0.5
由上表可知，通过本实施例生产的240MPa级烘烤硬化钢在不同的仓储温度条件下保存6个月以后，屈服点延伸率Ae值≤0.8％，有效的保证了用户冲压过程中的产品质量。
实施例3：
一种240MPa级烘烤硬化钢，该钢种的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0025％；Si：0.0045％；Mn：0.48％；P：0.052％；S：0.004％；Alt：0.041％；Nb：0.010％；B：0.0005％；N：0.0019％，其余是Fe和不可避免杂质。其中Nb成分的加入量及与C成分含量配比的比例满足Ceff＝C-Nb/7.75＝12ppm。
该钢种的热轧工艺控制加热温度为1250℃；终轧温度为927℃；卷取温度为600℃；冷轧工艺控制冷轧压下率为81％。平整延伸率为1.4％，其余工艺及对应参数同实施例1。
测试按照上述工艺处理后得到的240MPa级烘烤硬化钢的钢种性能，性能结果如表5所示，在不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值如表6所示。
表5超低碳BH钢性能
表6不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值
仓储温度 -10℃ 20℃ 40℃
Ae值(6个月后) 0.2 0.4 0.7
由上表可知，通过本实施例生产的240MPa级烘烤硬化钢在不同的仓储温度条件下保存6个月以后，屈服点延伸率Ae值≤0.8％，有效的保证了用户冲压过程中的产品质量。
实施例4：
一种240MPa级烘烤硬化钢，该钢种的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0027％；Si：0.010％；Mn：0.49％；P：0.055％；S：0.005％；Alt：0.034％；Nb：0.010％；B：0.0004％；N：0.0022％，其余是Fe和不可避免杂质。其中Nb成分的加入量及与C成分含量配比的比例满足Ceff＝C-Nb/7.75＝14ppm。
该钢种的热轧工艺控制加热温度为1240℃；终轧温度为920℃；卷取温度为590℃；冷轧工艺控制冷轧压下率为82％。平整延伸率为1.45％，其余工艺及对应参数同实施例1。
测试按照上述工艺处理后得到的240MPa级烘烤硬化钢的钢种性能，性能结果如表7所示，在不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值如表8所示。
表7超低碳BH钢性能
表8不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值
仓储温度 -10℃ 20℃ 40℃
Ae值(6个月后) 0 0.3 0.6
由上表可知，通过本实施例生产的240MPa级烘烤硬化钢在不同的仓储温度条件下保存6个月以后，屈服点延伸率Ae值≤0.8％，有效的保证了用户冲压过程中的产品质量。
实施例5：
一种240MPa级烘烤硬化钢，该钢种的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0029％；Si：0.010％；Mn：0.49％；P：0.055％；S：0.005％；Alt：0.047％；Nb：0.011％；B：0.0006％；N：0.0016％，其余是Fe和不可避免杂质。其中Nb成分的加入量及与C成分含量配比的比例满足Ceff＝C-Nb/7.75＝15ppm。
该钢种的热轧工艺控制加热温度为1230℃；终轧温度为910℃；卷取温度为580℃；冷轧工艺控制冷轧压下率为83％。平整延伸率为1.5％，其余工艺及对应参数同实施例1。
测试按照上述工艺处理后得到的240MPa级烘烤硬化钢的钢种性能，性能结果如表9所示，在不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值如表10所示。
表9超低碳BH钢性能
表10不同仓储温度环境下储存6个月后屈服点延伸率Ae值
仓储温度 -10℃ 20℃ 40℃
Ae值(6个月后) 0 0.4 0.6
由上表可知，通过本实施例生产的240MPa级烘烤硬化钢在不同的仓储温度条件下保存6个月以后，屈服点延伸率Ae值≤0.8％，有效的保证了用户冲压过程中的产品质量。
在某钢厂自2016年11月开始实施本发明的240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法，截止到2017年底，总计完成5951吨产品的生产及供货，产品性能稳定，满足设计要求。经济效益：2017年该产品平均单利为1253元/吨，完成销量5951吨，实现产品盈利1253元/吨*5951吨＝746万元。社会效益：该产品及生产方法解决了240MPa强度级别产品在高温条件下(≥30℃)储存时间超过三个月后冲压易出现橘皮的问题，从整体上实现了汽车外板制造过程中的可成形与高强度的最佳结合。
通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明提供的一种240MPa级烘烤硬化钢及其制造方法，通过优化成分设计，调整和优化热轧、冷轧退火工艺参数、平整工艺参数，成功生产出一种温度敏感性低的超低碳热镀锌烘烤硬化钢，屈服强度≥240MPa；一定程度上降低了BH钢对温度的敏感性，仓储环境在-10℃至40℃范围条件下，产品时效期≥6个月，冲压前屈服点延伸率Ae值≤0.8％，实现了产品强度、深冲性能和低温度敏感性三者的最佳结合。在提高产品强度，提高抗凹性的同时，即保证了冲压稳定性，又降低了产品的温度敏感性，提高抗时效性，具有较大的实际应用意义。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种240MPa级烘烤硬化钢，其特征在于：所述240MPa级烘烤硬化钢的各化学成分及其质量百分比为：C：0.0015～0.0030％；Si≤0.03％；Mn：0.40～0.6％；P：0.05～0.065％；S：≤0.01％；Alt：0.02～0.06％；Nb：0.006～0.014％；B：0.0003～0.0008％；N：≤0.004％，其余是Fe和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的240MPa级烘烤硬化钢，其特征在于：所述Nb成分的加入量与所述C成分含量配比的比例满足9≤Ceff≤15，其中Ceff＝C-Nb/7.75。
3.一种权利要求1或2所述240MPa级烘烤硬化钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
冶炼并连铸，获得包含所述质量百分比的各化学成分的钢坯；
对所述钢坯进行热轧，得到热轧卷；
对热轧后的所述热轧卷进行冷轧，得到冷硬卷；
对冷轧后的所述冷硬卷进行退火，最终获得所述240MPa级烘烤硬化钢。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述对所述钢坯进行热轧，包括：将所述钢坯从室温进行加热，经过粗轧、精轧、层流冷却后，低温卷取成所述热轧卷。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述将所述钢坯进行加热，加热温度为1250±30℃；终轧温度为930±20℃；卷取温度为600±20℃。
6.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述对热轧后的所述热轧卷进行冷轧，包括：将所述热轧卷自然冷却后通过酸洗、冷轧获得冷硬卷，冷轧总压下率为58～84％。
7.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述对冷轧后的所述冷硬卷进行退火，包括：对所述冷硬卷进行连续退火获得带钢，将退火后所述带钢经过热镀锌，最终获得所述240MPa级烘烤硬化钢。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述连续退火包括：所述冷硬卷由连续退火炉的预热段进入所述连续退火炉，并在所述连续退火炉内的还原性气氛中连续经过20～30秒加热至200℃；
在所述连续退火炉的加热段将所述冷硬卷经130～200秒进一步加热到760±5℃，保温50～70s；
在所述连续退火炉的缓冷段将所述冷硬卷经14～20秒冷却至680±5℃；
在所述连续退火炉的快冷段将所述冷硬卷经13～20秒冷却至470±5℃，得到退火后带钢。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述连续退火炉内的还原性气氛中的介质为H2和N2的混合气体。
10.如权利要求7或8或9所述的制造方法，其特征在于：所述将退火后所述带钢经过热镀锌，包括：将所述带钢入锌锅镀锌，所述带钢入锌锅时的温度为460±10℃，得到热镀锌带钢；
将所述热镀锌带钢经平整后卷取成成品，平整延伸率为1.4±0.2％，获得所述240MPa级烘烤硬化钢。
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