CN109355573B - 一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高强度汽车热轧钢板技术领域，特别涉及一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板及其制造方法。按重量百分比计，一钢多级热轧钢板的化学成分为：0.19～0.21％C，1.55～1.65％Si，1.55～1.65％Mn，P≤0.008％，S≤0.003％，余量为Fe。本发明将TMCP技术与Q&P理念结合，采用两阶段控制轧制后，经过空冷段和超快速冷却段，冷却至320～540℃之间后卷取，利用卷取余热实现碳配分过程。本发明利用低成本的低碳Si‑Mn系钢，采用在线淬火至贝氏体区和马氏体区的方式获得不同强度级别的基体组织，并利用碳分配技术获得8‑16％残余奥氏体，进一步提升塑性，实现一钢多级的控制，抗拉强度覆盖850～1300MPa级别，强塑积大于20GPa.％。

Description

一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于高强度汽车热轧钢板技术领域，特别涉及一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板及其制造方法，包括抗拉强度分别为850MPa、900MPa、950MPa、1000MPa、1100MPa和1300MPa级别的复相钢。
背景技术
随着能源环境等问题的日益凸显，汽车工业正朝着减重降耗的方向发展。AHSS(先进高强度钢)在实现节能减排的同时，可充分满足汽车钢高强度的要求，成为汽车材料的重点研发对象。淬火-配分(Q&P)概念是2003年Speer教授提出的生产新一代先进汽车用钢的工艺技术，该工艺条件下获得马氏体和残余奥氏体的组织，能实现强塑性的良好匹配。
截至目前，大多数学者采用增加合金元素含量和离线热处理的方式进行Q&P处理，以期获得较多的残余奥氏体，从而提升实验钢的强塑。因此，导致合金成本高、工艺复杂等问题。一般而言，该钢种的研究主要以低碳硅锰钢为成分且该成分具有相变较多、易控的特点。因此，如果将TMCP技术(控制轧制和控制冷却技术)与Q&P结合便能实现组织的灵活控制，从而实现一钢多级生产的目的，有效的扩大工业化应用前景。
中国专利CN101775470A公开一种复相Q&P钢的生产工艺，实际上是一种两步法生产Q&P钢的工艺。中国专利CN103233161A公开低屈强比高强度热轧Q&P钢及其制造方法，但是其化学成分中碳含量过高，恶化材料的焊接性能。中国专利CN103215516A公开一种700MPa级高强度热轧Q&P钢，但其组织以马氏体为主导，热轧产品会出现严重的板形问题。此外，其延伸率＜15％，成型性能差，并且目前所有专利并无基于淬火-配分技术的一钢多级生产高强度钢的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板及其制造方法，以低碳硅锰钢为研究对象，不添加任何其他合金元素，将TMCP技术与Q&P理念结合，实现先共析铁素体含量可调，结合贝氏体区淬火卷取配分和马氏体区淬火卷取配分，最终获得铁素体+马氏体/贝氏体+残余奥氏体的复相组织，具有良好的综合力学性能，其强度覆盖850～1300MPa的级别，具有广泛的应用前景，可应用于汽车上复杂难成型等部件。
本发明的技术方案是：
一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板，按重量百分比计，一钢多级热轧钢板的化学成分为：0.19～0.21％C，1.55～1.65％Si，1.55～1.65％Mn，，P≤0.008％，S≤0.003％，余量为Fe。
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，具体包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按化学成分进行转炉或电炉冶炼，并浇铸成钢坯；
2)加热、热轧
将钢坯加热1190～1210℃，保温1～1.5h，开轧温度在奥氏体完全再结晶区的1180～1190℃进行粗轧，累计变形量为50～70％得到中间坯；待中间坯温度降低至920～930℃进行两道次以上精轧，终轧温度在870～880℃，累计变形量为75～90％，得到3～4mm厚的热轧钢板；
3)在线冷却
精轧后的钢板经过空冷段冷却至740～870℃，然后再经过超快冷段冷却至320～540℃，其中超快冷的冷速为100～150℃/s，最后模拟卷取，随炉缓慢冷却至室温。
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，步骤2)中，粗轧为2～3个道次变形，道次变形量为控制在20％～35％；精轧为3～5个道次变形，道次变形量控制在15％～30％。
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，步骤3)中，空冷段终止温度为740～870℃后，通过在线水淬冷却至320～540℃，卷取冷却速度为50～60℃/h。
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，热轧钢板空冷段冷却至860～870℃，再经过超快冷冷却至320～350℃后卷取，得到1300MPa级的马氏体-奥氏体复相钢，其屈服强度为1000～1120MPa，断后延伸率为13.75～15.5％，组织中残余奥氏体的体积分数为8～11％，硬相主要为马氏体。
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，轧钢板空冷段冷却至740～760℃，再经过超快冷冷却至320～385℃后卷取，得到950MPa、1000MPa、1100MPa级别的铁素体-马氏体-奥氏体复相钢，其屈服强度为490～560MPa，断后延伸率为20～27％，组织中铁素体的体积分数为32.1～40.2％，残余奥氏体的体积分数为12～14％，硬相主要为马氏体。
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，热轧钢板空冷段冷却至780～820℃，再经过超快冷冷却至530～540℃后卷取，得到850MPa和900MPa级的铁素体-贝氏体-奥氏体复相钢，其屈服强度为445～650MPa，断后延伸率为30～32.4％，组织中铁素体的体积分数为15.4～26.3％，残余奥氏体的体积分数为13.4～15.1％，硬相主要为贝氏体。
本发明的设计思路如下：
在成分设计上，以最简单的低碳硅锰钢为原料，保证成本低廉、焊接性能良好，并且能够有效配分获得一定含量的残余奥氏体。在工艺控制上，采用TMCP技术与Q&P结合的方式，实现控制轧制，大幅度细化原奥氏体晶粒，达到细晶强化的效果；通过控制分段式冷却来调控铁素体含量，实现屈服强度可调；通过淬火至贝氏体和马氏体区间，实现抗拉强度可调；通过卷取余热配分，获得室温下稳定的残余奥氏体。最终，基于该节约型成分和简化的工艺，实现一钢多级的控制，并且获得的钢种具备优异综合力学性能，抗拉强度覆盖系列高强级别。
与现有技术相比，本发明的特点及有益效果是：
1.本发明以低碳硅锰钢为成分，与传统低合金高强度钢相比，没有添加任何贵重金属元素如Nb、V、Cu等，无冶炼难度并充分保证钢板的焊接性能。
2.本发明基于碳分配技术，将TMCP技术应用于热轧高强度钢的开发，充分利用尺寸效应和元素配分的综合作用稳定残余奥氏体，保证钢板的塑性。同时，采用分段式冷却并改变传统的Q&P钢淬火温度区间，实现屈服强度和抗拉强度的调节，达到一钢多级的目的，为企业提供多元化的选择途径，拓展高强度钢的工业化应用。
附图说明
图1为实施例1的室温组织图。
图2为实施例2的室温组织图。
图3为实施例3的室温组织图。
图4为实施例4的室温组织图。
图5为实施例5的室温组织图。
图6为实施例6的室温组织图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板及其制造方法如下：
1)冶炼、铸造
化学成分按重量百分比为：0.19～0.21％C，1.55～1.65％Si，1.55～1.65％Mn，，P≤0.008％，S≤0.003％，余量为Fe，冶炼并浇铸成钢坯。
2)加热、热轧
将步骤1)获得的钢坯加热至1190～1210℃，保温1～1.5h，开轧温度在1180～1190℃(奥氏体完全再结晶区)进行粗轧，累计变形量为55％。待中间坯温度降低至920～930℃(奥氏体未再结晶区)进行多道次精轧，终轧温度在870～880℃，累计变形量为78％，得到3～4mm厚的热轧钢板。
3)在线冷却
精轧后的钢板经过空冷段冷却至740～870℃，然后再经过超快冷段冷却至320～540℃，其中超快冷冷速为100～150℃/s，最后卷取缓慢冷却至室温。
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，一钢多级的热轧钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.19％，Si：1.63％，Mn：1.61％，P：0.004％，S：0.002％，其余为Fe。
生产步骤如下：
通过冶炼锻造后，将钢坯加热至1200℃，保温1.5h后。在1180℃进行第一阶段轧制，终轧温度为1130℃，然后空冷至920℃进行第二阶段轧制，终轧温度为880℃，空冷至870℃后，随后水冷至340℃，进行随炉缓慢冷却，约6小时冷却至室温。
经力学性能检测其性能指标如下：屈服强度为1050MPa，抗拉强度为1320MPa，屈强比为0.80，断后延伸率为15.5％，强塑积为20.5GPa.％。如图1所示，室温组织由马氏体和残余奥氏体组成，残余奥氏体的体积分数为10.3％。
实施例2
本实施例中，一钢多级的热轧钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.20％，Si：1.60％，Mn：1.60％，P：0.004％，S：0.002％，其余为Fe。
生产步骤如下：
通过冶炼锻造后，将钢坯加热至1210℃，保温1.5h后。在1190℃进行第一阶段轧制，终轧温度为1140℃，然后空冷至920℃进行第二阶段轧制，终轧温度为875℃，空冷至755℃后，随后水冷至320℃，进行随炉缓慢冷却，约6小时冷却至室温。
经力学性能检测其性能指标如下：屈服强度为530MPa，抗拉强度为1140MPa，屈强比为0.46，断后延伸率为20.2％，强塑积为23.03GPa.％。如图2所示，室温组织由铁素体、马氏体和残余奥氏体组成，其中铁素体的体积分数为34.2％，残余奥氏体的体积分数为12.1％。
实施例3
本实施例中，一钢多级的热轧钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.21％，Si：1.60％，Mn：1.55％，P：0.004％，S：0.002％，其余为Fe。
通过冶炼锻造后，将钢坯加热至1200℃，保温1.5h后。在1180℃进行第一阶段轧制，终轧温度为1135℃，然后空冷至930℃进行第二阶段轧制，终轧温度为875℃，空冷至740℃后，随后水冷至335℃，进行随炉缓慢冷却，约6.5小时冷却至室温。
经力学性能检测其性能指标如下：屈服强度为490MPa，抗拉强度为1040MPa，屈强比为0.46，断后延伸率为23.4％，强塑积为24.33GPa.％。如图3所示，室温组织由铁素体、马氏体和残余奥氏体组成，其中铁素体的体积分数为40.2％，残余奥氏体的体积分数为13.2％。
实施例4
本实施例中，一钢多级的热轧钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.19％，Si：1.62％，Mn：1.60％，P：0.004％，S：0.002％，其余为Fe。
通过冶炼锻造后，将钢坯加热至1200℃，保温1.5h后。在1185℃进行第一阶段轧制，终轧温度为1135℃，然后空冷至930℃进行第二阶段轧制，终轧温度为875℃，空冷至760℃后，随后水冷至385℃，进行随炉缓慢冷却，约6.5小时冷却至室温。
经力学性能检测其性能指标如下：屈服强度为560MPa，抗拉强度为985MPa，屈强比为0.57，断后延伸率为26.5％，强塑积为26.10GPa.％。如图4所示，室温组织由铁素体、马氏体和残余奥氏体组成，其中铁素体的体积分数为32.1％，残余奥氏体的体积分数为13.8％。
实施例5
本实施例中，一钢多级的热轧钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.20％，Si：1.60％，Mn：1.62％，P：0.004％，S：0.002％，其余为Fe。
通过冶炼锻造后，将钢坯加热至1200℃，保温1.5h后。在1190℃进行第一阶段轧制，终轧温度为1135℃，然后空冷至925℃进行第二阶段轧制，终轧温度为870℃，空冷至820℃后，随后水冷至540℃，进行随炉缓慢冷却，约10小时冷却至室温。
经力学性能检测其性能指标如下：屈服强度为650MPa，抗拉强度为940MPa，屈强比为0.69，断后延伸率为30.0％，强塑积为28.2GPa.％。如图5所示，室温组织由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成，其中铁素体的体积分数为15.4％，残余奥氏体的体积分数为13.4％。
实施例6
本实施例中，一钢多级的热轧钢板的化学成分按重量百分比为：C：0.20％，Si：1.61％，Mn：1.60％，P：0.004％，S：0.002％，其余为Fe。
通过冶炼锻造后，将钢坯加热至1195℃，保温1.5h后。在1180℃进行第一阶段轧制，终轧温度为1135℃，然后空冷至920℃进行第二阶段轧制，终轧温度为875℃，空冷至780℃后，随后水冷至530℃，进行随炉缓慢冷却，约10小时冷却至室温。
经力学性能检测其性能指标如下：屈服强度为445MPa，抗拉强度为880MPa，屈强比为0.51，断后延伸率为32.4％，强塑积为28.5GPa.％。如图6所示，室温组织由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成，其中铁素体的体积分数为26.3％，残余奥氏体的体积分数为15.1％。
实施例结果表明，本发明将TMCP技术与Q&P理念结合，采用两阶段控制轧制后，经过空冷段和超快速冷却段，冷却至320～540℃之间后卷取，利用卷取余热实现碳配分过程。其中空冷段控制铁素体的含量，超快冷冷速为100～150℃/s。该工艺条件下最终获得典型的1+x组织类型，以贝氏体或马氏体为基体，加上特定比例的铁素体以及8～16％的残余奥氏体，具有高强度和高塑性的特点。热轧钢板的抗拉强度覆盖850～1300MPa，强塑积大于20GPa.％。本发明利用低成本的低碳Si-Mn系钢，采用在线淬火至贝氏体区和马氏体区的方式获得不同强度级别的基体组织，并利用碳分配技术获得残余奥氏体，进一步提升塑性，实现一钢多级的控制。

Claims (4)

1.一种基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，其特征在于，按重量百分比计，一钢多级热轧钢板的化学成分为：0.19～0.21％C，1.55～1.65％Si，1.55～1.65％Mn，P≤0.008％，S≤0.003％，余量为Fe；
所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，具体包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按化学成分进行转炉或电炉冶炼，并浇铸成钢坯；
2)加热、热轧
将钢坯加热1190～1210℃，保温1～1.5h，开轧温度在奥氏体完全再结晶区的1180～1190℃进行粗轧，累计变形量为50～70％得到中间坯；待中间坯温度降低至920～930℃进行两道次以上精轧，终轧温度在870～880℃，累计变形量为75～90％，得到3～4mm厚的热轧钢板；
3)在线冷却
精轧后的钢板经过空冷段冷却至740～870℃，然后再经过超快冷段冷却至320～540℃，其中超快冷的冷速为100～150℃/s，最后模拟卷取，随炉缓慢冷却至室温；
步骤2)中，粗轧为2～3个道次变形，道次变形量为控制在20％～35％；精轧为3～5个道次变形，道次变形量控制在15％～30％；
步骤3)中，空冷段终止温度为740～870℃后，通过在线水淬冷却至320～540℃，卷取冷却速度为50～60℃/h。
2.如权利要求1所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，其特征在于，热轧钢板空冷段冷却至860～870℃，再经过超快冷冷却至320～350℃后卷取，得到1300MPa级的马氏体-奥氏体复相钢，其屈服强度为1000～1120MPa，断后延伸率为13.75～15.5％，组织中残余奥氏体的体积分数为8～11％，硬相主要为马氏体。
3.如权利要求1所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，其特征在于，轧钢板空冷段冷却至740～760℃，再经过超快冷冷却至320～385℃后卷取，得到950MPa、1000MPa、1100MPa级别的铁素体-马氏体-奥氏体复相钢，其屈服强度为490～560MPa，断后延伸率为20～27％，组织中铁素体的体积分数为32.1～40.2％，残余奥氏体的体积分数为12～14％，硬相主要为马氏体。
4.如权利要求1所述的基于碳分配技术的一钢多级热轧钢板的制造方法，其特征在于，热轧钢板空冷段冷却至780～820℃，再经过超快冷冷却至530～540℃后卷取，得到850MPa和900MPa级的铁素体-贝氏体-奥氏体复相钢，其屈服强度为445～650MPa，断后延伸率为30～32.4％，组织中铁素体的体积分数为15.4～26.3％，残余奥氏体的体积分数为13.4～15.1％，硬相主要为贝氏体。
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