CN110079735A - 屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及生产方法，其化学成分的重量百分数为：C：0.06～0.09％，Si：0.050～0.090％，Mn：1.10～1.30％，P：0.010～0.030％，S≤0.01％，Al：0.020～0.070％，Nb：0.010～0.040％，Ti：0.030～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用Nb‑Ti复合微合金化技术，添加微量的Nb、Ti可形成Nb(C，N)、TiC、TiN、(Ti、Nb)(C，N)等具有强化作用的细小析出物，强化基体。可以大幅度降低Si和Mn含量，既稳定钢板的基本力学性能，又提高了钢板的表面质量，同时降低了原料成本。

Description

屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域，具体涉及一种屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及生产方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车保有量的增多，在给人们出行带来方便的同时也产生了能耗、环境排放和安全的三大问题。大量的实验表明，汽车轻量化是汽车节能减排的重要手段，乘用车每减重10％，可以节油6％-8％，排放降低4％。汽车轻量化要求一方面是用轻质材料，另一方面用高强度的材料。
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，主要用于汽车内部加强件、结构件、支撑件等。市场上较为常见的是260-420MPa级的微合金高强度钢，但随着汽车轻量化需求的增加，460MPa及以上级别的低合金高强度钢的需求日益增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及生产方法。该方法通过添加微量的Nb、Ti合金等适当的化学元素，采用适当的控制轧制与控制冷却工艺，同时，通过卷取温度按厚度组距分别控制的方式得到均匀细小的晶粒、均匀弥散的第二相。在后续连续退火过程中采用高温退火的方法，得到铁素体+珠光体的组织，铁素体机体上均匀分布着细小的粒状珠光体组织，铁素体晶粒内部和晶界处弥散分布微合金析出物。采用该方法制备出的460MPa级冷轧微合金高强度钢，表面质量较好，晶粒尺寸适中，组织均匀，性能稳定，具有较高的强度，良好的塑性和成形性。解决了现有同级别低合金高强钢成形性差，焊接性差，表面质量不良等问题，该方法能够较好的兼顾生产成本、材料表面质量、性能及其稳定性，适用于企业大生产。
为实现上述目的，本发明所设计一种屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其特征在于：所述冷轧低合金高强度钢化学成分的重量百分数为：C：0.06～0.09％，Si：0.050～0.090％，Mn：1.10～1.30％，P：0.010～0.030％，S≤0.01％，Al：0.020～0.070％，Nb：0.010～0.040％，Ti：0.030～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述冷轧低合金高强度钢化学成分的重量百分数为：C：0.06～0.09％，Si：0.052～0.078％，Mn：1.10～1.30％，P：0.016～0.026％，S≤0.01％，Al：0.020～0.070％，Nb：0.019～0.038％，Ti：0.034～0.056％，余量为Fe和不可避免的杂质。
再进一步地，所述460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其厚度为0.6～2.5mm。
再进一步地，所述460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其屈服强度为460～560MPa，抗拉强度为500～640MPa，延伸率A80mm大于15％。
再进一步地，所述460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其微观组织包括铁素体和珠光体，晶粒度达12级以上。
本发明还提供了一种上述屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢的生产方法，包括以下步骤
1)经常规冶炼后浇铸成坯，并对铸坯加热，其加热温度为1230～1270℃，并保温150-200min；
2)进行粗轧，控制粗轧温度为1080～1120℃；
3)进行精轧，并控制终轧温度为870～910℃；
4)进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度而进行卷取：
当成品厚度<3mm时，卷取温度为615～625℃；
或者，当3mm≤成品厚度≤5mm时，卷取温度为595～605℃；
当成品厚度﹥5mm时，卷取温度为575～585℃；
5)经常规酸洗后进行冷轧，并控制冷轧压下率为55-75％；
6)进行连续退火，控制其退火温度为790～810℃，退火时间为70～120s，退火速度为120～180m/min；
7)进行缓冷+快速冷却方式进行冷却：先在冷却速率为3～7℃/s，下缓冷至660～680℃，再在冷却速率为30～60℃/s,下快冷至400～420℃；
8)进行过时效处理，过时效处理温度为340-390℃；
9)进行终冷，其冷却温度为170～180℃；
10)进行平整，其采用平整+拉矫的模式进行，总延伸率为0.5～1.2％。
本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由：
C：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素，但含量过高则降低了钢的塑性和冲击韧性，且容易产生中心偏析，对弯曲性能不利，恶化冷成型性和焊接性能。碳含量过低，为了达到预定强度，就需要添加大量合金弥补，增加合金成本。因此，C含量控制为0.06～0.09％。
Si：硅是固溶强化元素，固溶在铁素体中。随着硅含量的增加，钢的强度显著提高，塑性和冲击韧性明显下降，冷成型性和焊接性能下降。硅含量增加，硅元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，严重影响材料的表面质量。因此，Si含量控制在0.05～0.09％，优选地Si的重量百分比含量为0.052～0.078％。
Mn：锰起固溶强化作用，是一种经济的可以明显提高强度的合金元素之一，同时可提高钢板的淬透性。但过高的锰含量会对钢的塑性和焊接性能产生的影响。因此，Mn含量控制为1.10～1.30％。
P：在传统观点中，磷在钢中是属于有害元素。它会降低钢的冲击韧性，提高钢的脆化温度，恶化钢的焊接性能。其实那是磷与碳共同作用的结果。如果除去碳的影响，磷还能使塑性、韧性有所增加，使脆化温度有所降低。磷是非碳化物形成元素，它在钢中的存在形式主要是溶于铁素体。当它溶于铁素体时能够取代铁原子形成置换固溶体。在除了碳、氮元素以外的诸多固溶体形成元素中，磷的固溶强化能力最大。但磷含量过高会导致材料的塑性、焊接性和成形性不利。因此，P含量控制在0.01～0.03％，优选地P的重量百分比含量为0.016～0.026％。
S：硫是有害元素。对材料的塑性、韧性不利，同时降低耐腐蚀性，因此必须严格限制硫含量，S含量控制在0.01％以下。
Nb和Ti：铌为微合金化元素，其作用机理主要是通过细化晶粒和沉淀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，细化组织。钛是一种强固N和脱氧元素，在板坯连铸高温时就形成TiN，阻碍连铸坯的原始奥氏体晶粒长大，细化晶粒。同时在低温析出Ti(C、N)，析出强化提高材料屈服强度和韧性。Nb元素在热轧轧制过程中的再结晶抑制作用，使钢板在轧制过程中轧制力上升较快，轧制较为困难，同时对轧辊的破坏作用越会明显，造成轧辊麻面，影响钢板表面质量。本发明采用复合添加微量合金元素Ti、Nb时，可形成Nb(C，N)、TiC、TiN、(Ti、Nb)(C，N)等具有强化作用的细小析出物，强化基体。因此综合考虑，Nb含量控制为0.010～0.040％，优选地Nb的重量百分比含量为0.019～0.038％；Ti含量控制为0.03～0.06％，优选地Ti的重量百分比含量为0.034～0.056％。
本发明采用卷取温度是按照热轧成品厚度设定，即成品厚度<3mm时，卷取温度在615～625℃；当3mm≤成品厚度≤5mm时，卷取温度在595～605℃；当成品厚度﹥5mm时，卷取温度在575～585℃，是由于热轧钢板首先在奥氏体再结晶区进行多道次粗轧，利用奥氏体在该温度区间的动态变形与动态再结晶，细化奥氏体晶粒，然后在奥氏体非再结晶区进行多道次精轧，以获得形变奥氏体，通过卷取温度按厚度组距分别控制的方式得到均匀细小的晶粒、均匀弥散的第二相，同时获得不同厚度规格的冷轧钢板力学性能的统一、稳定。
本发明控制连续退火温度在790～810℃，是由于两相区的加热温度直接影响奥氏体的体积分数和稳定性，加热温度低将不能消除冷轧态的纤维状组织，是钢板的性能受到很大的影响，但加热温度也不能过高，过高会促进晶粒粗化，降低奥氏体中碳含量，降低奥氏体的稳定性。
本发明采取缓冷+快速冷却方式进行冷却，即先在冷却速率为3～7℃/s,下缓冷至660-680℃，主要是为了提高铁素体的纯净度，因此在缓冷段应降低冷速以保证尽量不生成珠光体。再在冷却速率为30～60℃/s,下快冷至400-420℃，主要是用足够的冷速保证强化相的生成。最终得到的金相组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度12级。
本发明控制退火速度在120-180m/min，主要是根据加热时间和冷却速率来确定的。退火速度的提高，奥氏体向珠光体相变的过冷度增加，奥氏体分解珠光体形核加速且共析反应温度降低，导致铁素体含量减少，珠光体转变量增加。
本发明的屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢及其生产方法，通过添加微量的Nb、Ti合金等适当的化学元素，利用适当的控制轧制与控制冷却工艺，通过卷取温度按厚度组距分别控制的方式，结合连续退火过程的高温退火，能实现细晶强化与析出沉淀强化结合，保证钢板性能的稳定与表面的优良。
本发明的有益效果：
1)本发明采用Nb-Ti复合微合金化技术，添加微量的Nb、Ti可形成Nb(C，N)、TiC、TiN、(Ti、Nb)(C，N)等具有强化作用的细小析出物，强化基体。可以大幅度降低Si和Mn含量，既稳定钢板的基本力学性能，又提高了钢板的表面质量，同时降低了原料成本。
2)本发明控制合理适当的P元素，使钢板塑性、韧性增加，使脆化温度降低，能够较大的降低原料成本。
3)本发明通过热轧卷取温度按厚度组距分别控制，实现了不同厚度规格的冷轧板力学性能的统一、稳定。
4)本发明通过控制合适的化学成分、退火温度、退火速度等关键技术，实现细晶强化与析出沉淀强化结合，保证钢板性能的稳定与表面的优良。同时合适的化学成分设计，可以降低钢板制造的工艺敏感度，拓宽机组工艺的执行窗口，有利于现场大生产。
附图说明
图1为本发明钢板经金相放大500倍观察，金相组织为铁素体+珠光体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
下述实施例通过屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢的生产方法制备而成，包括以下步骤
1)经常规冶炼后浇铸成坯，并对铸坯加热，其加热温度为1230～1270℃，并保温150-200min；
2)进行粗轧，控制粗轧温度为1080～1120℃；
3)进行精轧，并控制终轧温度为870～910℃；
4)进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度而进行卷取：
当成品厚度<3mm时，卷取温度为615～625℃；
或者，当3mm≤成品厚度≤5mm时，卷取温度为595～605℃；
当成品厚度﹥5mm时，卷取温度为575～585℃；
5)经常规酸洗后进行冷轧，并控制冷轧压下率为55-75％；
6)进行连续退火，控制其退火温度为790～810℃，退火时间为70～120s，退火速度为120～180m/min；
7)进行缓冷+快速冷却方式进行冷却：先在冷却速率为3～7℃/s，下缓冷至660～680℃，再在冷却速率为30～60℃/s,下快冷至400～420℃；
8)进行过时效处理，过时效处理温度为340-390℃；
9)进行终冷，其冷却温度为170～180℃；
10)进行平整，其采用平整+拉矫的模式进行，总延伸率为0.5～1.2％。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
续表2
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
从图1和表3可以看出，不同成品厚度的实施例，力学性能统一、稳定，具有较好的延伸率，晶粒度均达到12级以上。上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
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，人们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 (6)

1.一种屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其特征在于：所述冷轧低合金高强度钢化学成分的重量百分数为：C：0.06～0.09％，Si：0.050～0.090％，Mn：1.10～1.30％，P：0.010～0.030％，S≤0.01％，Al：0.020～0.070％，Nb：0.010～0.040％，Ti：0.030～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其特征在于：所述冷轧低合金高强度钢化学成分的重量百分数为：C：0.06～0.09％，Si：0.052～0.078％，Mn：1.10～1.30％，P：0.016～0.026％，S≤0.01％，Al：0.020～0.070％，Nb：0.019～0.038％，Ti：0.034～0.056％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1～2中任意一项所述屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其特征在于：所述460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其厚度为0.6～2.5mm。
4.根据权利要求3所述屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其特征在于：所述460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其屈服强度为460～560MPa，抗拉强度为500～640MPa，延伸率A80mm大于15％。
5.根据权利要求4所述屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其特征在于：所述460MPa级的冷轧低合金高强度钢，其微观组织包括铁素体和珠光体，晶粒度达12级以上。
6.一种权利要求1～2中任意一项所述屈服强度460MPa级的冷轧低合金高强度钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤
1)经常规冶炼后浇铸成坯，并对铸坯加热，其加热温度为1230～1270℃，并保温150-200min；
2)进行粗轧，控制粗轧温度为1080～1120℃；
3)进行精轧，并控制终轧温度为870～910℃；
4)进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度而进行卷取：
当成品厚度<3mm时，卷取温度为615～625℃；
或者，当3mm≤成品厚度≤5mm时，卷取温度为595～605℃；
当成品厚度﹥5mm时，卷取温度为575～585℃；
5)经常规酸洗后进行冷轧，并控制冷轧压下率为55-75％；
6)进行连续退火，控制其退火温度为790～810℃，退火时间为70～120s，退火速度为120～180m/min；
7)进行缓冷+快速冷却方式进行冷却：先在冷却速率为3～7℃/s，下缓冷至660～680℃，再在冷却速率为30～60℃/s,下快冷至400～420℃；
8)进行过时效处理，过时效处理温度为340-390℃；
9)进行终冷，其冷却温度为170～180℃；
10)进行平整，其采用平整+拉矫的模式进行，总延伸率为0.5～1.2％。
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