CN109487153B - 一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板 - Google Patents

一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，主要解决现有抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的扩孔和翻边加工性能低的技术问题。本发明提供的抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.035％～0.055％，Si：0.40％～0.60％，Mn:0.95％～1.05％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.020％～0.060％,余量为铁和不可避免的夹杂。本发明1.8～6.0mm厚热轧酸洗钢板断后伸长率A50mm≥30％，扩孔性能λ≥120％。本发明钢板具有良好扩孔和翻边成形特性，满足高扩孔、大翻边量复杂成形的汽车结构零部件制作。

Description

一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板
技术领域
本发明涉及一种热轧酸洗钢板，特别涉及一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板及其制造方法，本发明钢板具有良好扩孔和翻边成形特性，满足汽车零部件的制造需求，属于铁基合金技术领域。
背景技术
热轧钢板及热轧酸洗钢板广泛应用于汽车底盘、车轮及车身结构零件，随着汽车工业的迅猛发展，汽车行业对轻量化、安全、降低成本的要求越来越高；因此在汽车设计时，如对底盘结构(控制臂、后桥横梁总成等)的要求日益提高，其零件形状日趋复杂，并且对汽车用钢强度也不断提高，但在实际应用过程中发现，这种高强度材料在制作某些复杂形状如有较大扩孔量和翻边量的零部件时非常容易出现开裂，所以这些零部件在具备高强度的前提下还要求钢具有良好扩孔和翻边性能。现有汽车用钢一般随强度不断提高而性能也随之降低如塑性降低、扩孔率不高，是难以满足轿车底盘对钢板扩孔率的要求；对于需要具有非常复杂形状的汽车行走零部件，要求钢板具有良好的冲压成形性，其中较高的扩孔翻边性能是一个重要的指标要求。目前，高扩孔钢已成为一个重要的汽车用钢品种。
申请公布号CN103469058A的中国专利申请文件公开了抗拉强度450MPA级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法，其成分设计采用较高的C含量(0.10-0.15％)，但过高的C含量设计，强度过高，延伸率偏低；同时会对组织不利，贝氏体含量较高，从而会影响扩孔率的提高。
申请公布号CN101353757A的中国专利申请文件公开了抗拉强度440MPA级热轧高扩孔钢板及其制造方法，该专利通过采用添加合金元素Nb或Ti强化，成本较高，卷取层流工艺采用常规工艺，卷取温度控制在560-660度之间，从该专利所列出的扩孔率λ普遍不是很高，一般λ都在115％以内；不能满足扩孔和翻边成型性能要求高的汽车零部件的制造需求。
申请公布号CN103667880A的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度440MPA级高扩孔钢板及其制造方法，其成分设计采用C(0.05-0.1％)、Mn(0.9-1.8％)，卷取层流工艺采用常规冷却工艺，但较高的C含量设计和常规的冷却方式，对均匀优良的组织产生不利，导致钢板扩孔率降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板及其制造方法，主要解决现有抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的扩孔和翻边加工性能低的技术问题。
本发明的技术思路是通过采用合适的碳-硅-锰的成分设计、不添加贵重的铌钛成分的低成本设计，通过设计三段式层流冷却工艺，再匹配相应的热轧、酸洗工艺，得到的钢板具有合适的强度、均匀的组织、稳定的性能、优良的扩孔翻边成形加工性能，满足了汽车用户对高扩孔翻边成形性能的要求，降低440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造成本。
本发明采用的技术方案是，一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.035％～0.055％，Si：0.40％～0.60％，Mn:0.95％～1.05％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.020％～0.060％,余量为铁和不可避免的夹杂。
本发明热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量贝氏体，所述金相组织中贝氏体的体积含量为10％-15％，铁素体的晶粒度为11-12.5级；1.8～6.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2≥305MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率A50mm≥30％，扩孔性能λ≥120％。
本发明所述的抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：本发明中采用低碳设计路线，不仅能保证所要的强度级别，而且能保证强韧化，具备优良的扩孔翻边成形性能。如果碳含量过低，无法满足足够的强度，碳含量过高，析出较大的碳化物组织不利于获得高的扩孔成型性能，本发明设定的C含量为0.035％～0.055％。
硅：硅不仅可以固溶在钢板基体中起到强化效果，还可以阻止过饱和铁素体的脱溶，使碳化物的形成遇到阻碍，起到了抑制对扩孔性能有严重恶化的珠光体组织转变的作用，可促使铁素体的形成速度；在本发明中，如Si含量过低，不仅产品的强度不能保证，而且在显微组织中会出现珠光体，降低扩孔性能，Si含量太高，会在钢板表面形成很重的氧化铁皮，影响后续表面处理。本发明限定Si含量为0.40％～0.60％。
锰：锰在本发明中不仅起到有效的固溶强化效果，还可推迟珠光体的转变，降低贝氏体的转变温度；但Mn含量过高，会导致钢的塑性下降，因此在保证强度的前提下。本发明限定Mn含量范围为0.95％～1.05％。
硫和磷：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性、扩孔性能降低；同时含硫量高对钢的焊接性不利。磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降，同时会加剧板坯成分偏析，导致组织不均匀，为此本发明限定S≤0.005％，P≤0.015％。
铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.020％～0.060％。
一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，包括以下步骤：
钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分重量百分比为：C:0.035％～0.055％，Si：0.40％～0.60％，Mn:0.95％～1.05％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.020％～0.060％,余量为铁和不可避免的夹杂；
连铸板坯于1160℃～1200℃，加热160min～200min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为960℃～1020℃；热轧中间坯厚度为38～45mm，精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840℃～880℃；精轧后，控制钢板厚度为1.8～6.0mm，层流冷却采用三段式冷却方式，第一段为水冷，冷却速度为25-50℃/s，第一段冷却终点温度为680-720℃，第二段为空冷，空冷时间为4-6s，第三段为水冷，冷却速度为30-60℃/s，卷取温度为400℃～500℃卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品酸洗钢板，所述的拉矫延伸率为0.6％～1.2％。
本发明采取的制造工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
如果板坯加热温度过高，板坯表面会生成较多的氧化铁皮，在随后的热轧粗轧、精轧过程中容易压入带钢表面，形成表面缺陷；如加热温度过低，则无法保证终轧温度和轧制的稳定性。本发明板坯加热温度设定为1160℃～1200℃。
2、粗轧结束温度和热轧中间坯厚度的设定
粗轧结束温度同样影响钢板表面氧化铁皮，粗轧结束温度过高，容易形成过多的二次氧化铁皮，精轧过程不易去除，酸洗后会在钢板表面形成较重的山水状氧化铁皮缺陷，影响钢板表面和用户的使用。本发明粗轧结束温度设定为960℃～1020℃。
热轧中间坯厚度影响钢板的精轧结束温度，特别是钢板边部的精轧结束温度，如果热轧中间坯厚度过低，带坯温降过大，导致后续的精轧结束温度降低，特别是钢板边部温降很大，钢板边部处于奥氏体+铁素体两相区轧制，导致成形性能的急剧恶化。本发明设定热轧中间坯厚度为38～45mm。
3、精轧结束温度的设定
本发明的精轧过程需在奥氏体单相区轧制，如果精轧温度过低，精轧过程在铁素体+奥氏体两相区轧制，则会形成不利于冲压变形的热轧织构，使钢板的成形性能指标如延伸率、扩孔率等急剧降低，特别是钢板各向异性加重，导致钢板在冲压、扩孔变形时开裂。精轧穿带后采用均匀的轧制速度，保证带钢全长产品组织的均匀性，从而使组织性能稳定；精轧结束温度过高，则钢板表面氧化铁皮严重，酸洗时不易去除。本发明精轧结束温度设定为840℃～880℃。
4、精轧后层流冷却方式、冷却速度、冷却时间和热轧卷取温度的设定
精轧后层流冷却采用三段式冷却方式，第一段冷却采用水冷方式，在精轧后的第一段冷却目的是将本发明材料中奥氏体过冷到一定温度，如冷却速度过低则会使材料相变得到的铁素体晶粒粗大，不利于钢板的塑性和扩孔性能；如冷却速度过高，则会降低相变点温度，不利于在第二段冷却过程中获得合适比例的铁素体相比例；终冷温度过高则相变后的铁素体晶粒容易长大，终冷温度过低则得不到足够比例的铁素体量，则最终材料的塑性和扩孔性能过低。综合考虑，本发明设定，第一段冷却采用水冷，冷却速度为25-50℃/s，第一段冷却终点温度为660-700℃/s。
第二段冷却采用空冷方式，第二段冷却是本发明材料中奥氏体转变为部分铁素体的阶段，如空冷时间过短，则得不到足够比例的铁素体含量，空冷时间过长，得到过多的铁素体，则最终得不到合适比例的贝氏体组织。综合考虑，第二段空冷时间设定为4-6s。
第三段冷却采用水冷方式，第三段冷却阻止珠光体形成，并保持温度停留在贝氏体形成范围内，以促进作为第二相的贝氏体的形成，如冷却速度过低和卷取温度过高，得不到所要的贝氏体组织，会产生部分珠光体组织，则严重降低材料的扩孔性能；如冷却速度过大，卷取温度过低，则会进入马氏体组织区域，也不利于材料的塑性和扩孔性能。综合考虑，本发明设定，第三段冷却为水冷，冷却速度为30-60℃/s，最终卷取温度设定为400℃～500℃。
本发明方法生产的热轧酸洗钢板，其金相组织为铁素体+少量贝氏体，所述金相组织中贝氏体的体积含量为10％-15％，铁素体的晶粒度为11-12.5级；1.8～6.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2≥305MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率A50mm≥30％，扩孔性能λ≥120％。
本发明通过采用合适成分设计、热轧工艺以及酸洗工艺设计，获得理想的显微组织，钢板在满足产品强度的同时具有优良的扩孔性能，保证汽车用户对复杂成形的要求。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计，得到了抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，在满足产品强度的同时又具有很高的扩孔性能，扩孔性能λ≥120％；能够应用于既能保证产品强度的要求，又能对扩孔和翻边性能要求高，成形性复杂的应用场合。2、本发明通过采用合适的碳-硅-锰的成分设计、不添加贵重的铌钛成分的低成本设计，不仅得到的钢板具有合适的强度、稳定的性能、优良的扩孔翻边成形加工性能，降低440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造成本。3、本发明在热轧轧制工艺方面通过采用合适的热轧温度制度、均匀的轧制速度方式同时结合使用先进的三段式层流冷却工艺设计，不仅得到均匀的组织，而且获得合适比例的贝氏体组织，减少了铁素体和贝氏体之间的强度差，在保证较高强度基础上的同时获得了高的扩孔性能。
附图说明
附图1是本发明实施例2热轧酸洗钢板的金相组织照片。
附图2是本发明实施例2热轧酸洗钢板金相组织中贝氏体的透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明，如表1～表4所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
元素 C Si Mn P S Al
本发明 0.035-0.055 0.40-0.60 0.95-1.05 ≤0.015 ≤0.005 0.020-0.060
实施例1 0.0423 0.446 1.032 0.0105 0.0013 0.0416
实施例2 0.0367 0.416 1.000 0.0103 0.0014 0.0285
实施例3 0.0512 0.508 1.003 0.0105 0.0020 0.0377
实施例4 0.0478 0.573 0.988 0.0126 0.0025 0.0510
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采用三段式冷却方式，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为1.8～6.0mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0001403999310000051
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品酸洗钢板，所述的拉矫延伸率为0.6％～1.2％。本发明实施例采用的拉矫延伸率见表3。
表3本发明实施例拉矫延伸率
Figure BDA0001403999310000052
Figure BDA0001403999310000061
利用上述方法得到的热轧酸洗钢板，参见图1、2，热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量贝氏体，所述金相组织中贝氏体的体积含量为10％-15％，铁素体的晶粒度为11-12.5级；1.8～6.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2≥305MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率A50mm≥30％，扩孔性能λ≥120％。
将本发明得到的热轧酸洗钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照《GB/T 24524-2009金属材料薄板和薄带扩孔试验方法》进行扩孔试验，其力学性能见表4。
表4本发明实施例热轧酸洗钢板的力学性能
Figure BDA0001403999310000062
本发明方法生产的热轧酸洗钢板具有合适的强度范围和高扩孔成形性能的优点，满足了高端汽车等酸洗用户在进行复杂零部件需要高扩孔和翻边成型性的要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.035％～0.055％，Si：0.40％～0.60％，Mn:0.95％～1.05％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.020％～0.060％，余量为铁和不可避免的夹杂；热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量贝氏体，所述金相组织中贝氏体的体积含量为10％-15％，铁素体的晶粒度为11-12.5级；1.8～6.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2≥305MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率A50mm≥30％，扩孔性能λ≥120％。
2.一种抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分重量百分比为：C:0.035％～0.055％，Si：0.40％～0.60％，Mn:0.95％～1.05％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.020％～0.060％,余量为铁和不可避免的夹杂；
连铸板坯于1160℃～1200℃，加热160min～200min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为960℃～1020℃；热轧中间坯厚度为38～45mm，精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840℃～880℃；精轧后，控制钢板厚度为1.8～6.0mm，层流冷却采用三段式冷却方式，第一段为水冷，冷却速度为25-50℃/s，第一段冷却终点温度为680-720℃，第二段为空冷，空冷时间为4-6s，第三段为水冷，冷却速度为30-60℃/s，卷取温度为400℃～500℃卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗、卷取得到成品酸洗钢板，所述的拉矫延伸率为0.6％～1.2％。
3.如权利要求2所述的抗拉强度440MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，其特征在于，精轧后，控制钢板厚度为1.8～6.0mm。
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