CN110484827A - 一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板 - Google Patents

一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板，主要解决现有600MPa级热轧酸洗钢板的冲压性能和扩孔性能不匹配、不能满足复杂形状汽车零部件制造需求的技术问题。本发明提供的热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.06～0.08％，Mn：0.8～1.2％，Si：0～0.10％，P：0～0.020％，S：0～0.006％，Alt：0.015～0.050％，N：0～0.005％，Ti：0.03～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈强比≤0.80，断后伸长率A50mm为25～35％，扩孔性能λ≥75％。本发明钢板用于汽车结构件制作。

Description

一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板
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600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板及其制造方法，本发明钢板具有良好冲压性能和扩孔性能，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
热轧酸洗汽车结构钢是热轧钢板的一种，经过酸洗处理后表面质量有了很大提升，使得钢板兼具热板的低成本和较好的尺寸、板形精度，大量应用于汽车底盘、车轮等结构件。此类结构件的重量约占车身重量的25％，因此汽车行业对材料高强减重的期望越来越高。强度级别提高后随之带来的塑性下降对零件的成形性影响很大，且对于设备压力也越来越大，不利于冲压，因此加工企业对于材料希望屈服强度低一些。同时由于许多零部件的形状比较复杂，且常常兼具多种成形要求，如冲压性和扩孔性等，因此，还希望材料具备良好的复合成形性能。
现有抗拉强度600MPa级的热轧钢板主要有两类生产技术，一种是低合金高强钢(HSLA)，主要通过Mn和添加Nb、V、Ti元素进行强化，其优点是，制造工艺相对容易实现，不足之处在于：屈强比高，屈强比≥0.85；伸长率低，伸长率≤20％；冲压性能较差，对于冲压幅度较大的零件难以满足；另一种是双相钢(DP)，主要F+M组织，其优点是，屈强比低，屈强比≤0.6，延伸率高，延伸率≥25％，冲压性能优越，缺点是扩孔性能不高，一般低于50％。
申请公布号CN106834949A的中国专利申请文件公开了一种屈服强度500MPa级低硅含钛酸洗板及其制备方法，其所含化学成分及重量百分比为：C：0.06～0.09％、Mn：0.35～0.80％、Als：0.03～0.06％、Ti：0.07～0.09％、Si≤0.05％、Nb≤0.01％、S≤0.008％、P≤0.015％、N≤0.004％、O≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。经以下步骤制备得到：转炉冶炼--钢包吹氩--LF炉精炼--RH真空处理--连铸--热连轧--层流冷却--卷取--进入连续式酸洗线进行酸洗。其组织形态为铁素体+少量碳化物+少量珠光体，其晶粒度等级为11～12级，屈服强度为535～550MPa，抗拉强度为625～645MPa，延伸率为22～25％，具有FB(02)以上等级带钢表面质量及良好的加工性能。该方案的屈强比较高在0.85以上，不利于冲压性能，Ti添加量较多，Ti如不能完全固溶对性能波动很大，控制难度较大。
申请公布号CN106086627A的中国专利申请文件公开了一种600MPa级热轧双相钢，所述双相钢的化学成分按质量百分数为，C：0.05～0.07％，Si：0.1～0.3％，Mn：1.10～1.50％，Cr：0.5～0.8％，余量为Fe。该发明的双相钢为铁素体和马氏体组织，屈服强度为300～375MPa，抗拉强度为590～650MPa，屈强比为0.56～0.60，断后总伸长率为24～30％，未给出扩孔率的指标，从组织来看该方案产品的扩孔率较低，不适用于具有翻边特性的相对复杂形状零件使用。
申请公布号CN107099739A的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度600MPa级低成本高扩孔钢板及其生产方法，所述高扩孔钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15～0.20％，Si≤0.30％，Mn：0.80～1.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.020～0.050％，Ti：0.010～0.030％，N≤0.0060％，余量为Fe和不可避免的杂质；其生产方法包括炼钢、加热、轧制和冷却工序。该发明通过对冷却路径控制，获得铁素体和贝氏体的双相组织，并通过增加C来提高强度，获得了抗拉强度600-650Mpa，下屈服强度500-550MPa，延伸率A50≥25％，扩孔率≥95％的热轧钢带。该方案通过增加C含量来低成本的提高强度，但高C对塑性不利，且容易出现带状组织，同时也提高了屈强比，从该方案的实施例来看屈强比0.85左右。
申请公布号CN105220065A的中国专利申请文件公开了一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体，该高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的化学元素质量百分含量为：C：0.02～0.08％；Mn：1.0～2.0％；Al：0.025～0.060％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法，其依次包括步骤：(1)冶炼并铸造成板坯；(2)加热；(3)轧制；(4)分段冷却；(5)卷取；(6)空冷至室温。该发明在DP双相钢基础上进行了改进，获得铁素体+马氏体+贝氏体的三相组织，弥补了过去铁素体+贝氏体组织的强度不足及铁素体+马氏体扩孔率过低的缺点，使得抗拉强度≥590MPa，屈强比≤0.6，扩孔率≥60％，综合性能是非常优越的。但从方案实施例来看，多相钢中为了促进铁素体生产，该成分体系中Si含量达到1.0％，Si含量大于0.5％钢板表面红铁皮将比较严重，对于表面质量要求高的零件很难接受。此外，对于双(三)相钢来说，通过两段式层流冷却来控制组织中的相组成，很难实现组织高精度和性能稳定，因此生产控制难度较大。
随着汽车行业加工效率提高，零件集成、工序缩短的需求日益增加，高强、形状复杂的零件加工将越来越多，因此，兼具高强度、良好冲压性能和扩孔性能的热轧酸洗钢板将具有更大的市场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板及其制造方法，主要解决现有600MPa级热轧酸洗钢板的冲压性能和扩孔性能不匹配、不能满足复杂形状汽车零部件制造需求的技术问题。本发明热轧酸洗钢板具有良好冲压性能和扩孔性能，表面质量良好，满足了复杂形状汽车零部件的制造需求，满足汽车了汽车结构件轻量化需求。
本发明的设计思路为，采用铁素体+少量珠光体+弥散碳化物组织设计，扩孔性能较好，在此基础上适当弱化细晶强化效果、促进析出强化效果及利用拉矫工艺来综合降低屈强比，提高其冲压性能。
本发明采用的技术方案是，一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.06～0.08％，Mn：0.8～1.2％，Si：0～0.10％，P：0～0.020％，S：0～0.006％，Alt：0.015～0.050％，N：0～0.005％，Ti：0.03～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为5～8％，铁素体的晶粒度为10.5～11.5级；2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2为460～520MPa，抗拉强度Rm为600～660MPa，屈强比≤0.80，断后伸长率A50mm为25～35％，扩孔性能λ≥75％。
本发明所述的抗拉强度600MPa级低屈强比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：碳是提高钢的强度的最有效元素。本发明采用低碳设计路线，当C含量高于0.085％时，炼钢进入包晶区，板坯质量难以控制易出现卷渣等缺陷，同时钢中珠光体含量增多，钢的塑韧性和焊接性能变差；当C量低于0.06％时，钢的强度难以保证。为保证该钢的强韧性以及焊接性能，本发明设定的C含量为0.06～0.08％。
硅：硅作为有害元素，硅含量高损害塑性，且硅含量高容易产生表面红铁皮，影响表面质量，本发明设定的Si≤0.1％。
锰：锰是脱氧元素，去除钢中大尺寸的夹杂物以保证钢中纯净度，同时锰与硫形成硫化锰，可避免FeS对塑性的不利影响。锰对钢性能有固溶强化作用，还可细化铁素体晶粒，在保持数倍于硫的含量基础上尽量降低锰含量，有利于降低合金成本，并降低材料强度提高成形性。相较于细晶强化方式和析出强化方式，固溶强化方式提高屈强比的速率最低，因此用固溶强化来保证强度对获得低屈强比最有利，但Mn含量过高时将增加钢中的组织偏析，影响钢的组织均匀性和冲击性能，还会影响焊接性能。因此，本发明中Mn含量控制在0.8～1.2％。
磷：P是钢中的有害元素，容易引起严重的偏析，降低钢板的韧性，导致发生脆断。此外，过高的P含量将显著降低钢的焊接性能，一般应予以去除。因此，在本发明中，控制P≤0.020％。
硫：S是钢中的有害元素，易与钢中Mn等元素形成硫化物夹杂以及组织偏析，降低钢的强度和韧性，恶化疲劳及焊接性能，应尽量降低其含量。因此，本发明中S含量控制在0.006％以下。
钛：Ti是一种强碳氮化物形成元素，碳、氮化物颗粒在铁素体中沉淀析出，能有效提高铁素体基体的强度。Ti合金含量的设定要考虑成本和所需要的强度，当Ti低于0.03％时，析出强化效果不够，超过0.05％时，过剩的Ti会恶化钢的韧性。因此，本发明中Ti含量控制在0.03～0.05％。
氮：氮与碳相当是间隙原子，为了钢的成形性需要加以固定，N与Ti在高温时即可凝固，在连铸时容易形成大颗粒的TiN，造成Ti合金的浪费且影响后续Ti的弥散析出强化。因此需限制氮的含量，本发明控制N≤0.005％。
上述抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.06～0.08％，Mn：0.8～1.2％，Si：0～0.10％，P：0～0.020％，S：0～0.006％，Alt：0.015～0.050％，N：0～0.005％，Ti：0.03～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸板坯经加热炉加热至1200～1250℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030～1050℃；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为850～880℃，精轧压下率为85～95％，精轧后，控制钢板厚度为2.0～4.0mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为580～620℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0.40～0.60％。
本发明采取的生产工艺的理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
本成分设计中添加了Ti期望获得弥散细小的二相粒子，而TiN、Ti4C2S2因熔点高在连铸过程中即产生并聚集成大颗粒，需采用较高的板坯加热温度使得大颗粒的二相粒子能够重新融入基板再弥散析出，因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1200～1250℃。
2、粗轧结束温度的设定
粗轧过程中，为使晶粒进行回复和再结晶，粗轧结束温度应高于该钢的奥氏体再结晶温度，该钢的奥氏体再结晶温度约为930℃，且为了后续精轧能够实现奥氏体区轧制，粗轧结束温度不能太低，但粗轧结束温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。因此，粗轧结束温度设定为1030～1050℃。
3、精轧结束温度的设定
为防止精轧在两相区轧制，出现混晶组织，终轧温度需高于Ar3相变点，该钢的Ar3相变点为840℃。此外，为获得相对大尺寸的晶粒，终轧温度可以略高一些，但温度过高使得晶粒粗大不利于冲压性能。因此，本发明设定精轧结束温度为850～880℃。
4、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度是影响机械性能的关键因素之一，TiC颗粒析出温度较低约在580～900℃之间，因此层流冷却和热轧卷取温度对TiC析出影响很大。卷取温度过高，晶粒长大很快，强度下降过多；卷取温度过低，析出强化效果未能体现。因此，层流冷却和卷取温度的设定要综合考虑晶粒尺寸和析出强化的效果，故本发明采取前段冷却方式，并设定热轧卷取温度为580～620℃。
5、拉矫延伸率的设定
拉矫原本具有三个功能，一是提供机械外力破坏热板表面氧化铁皮与基体之间的结合，实现破鳞效果，提高后续酸液去除氧化铁皮的效率；二是通过反复弯曲和矫直，使原本延伸不一致或者残余应力较大的钢板经过微量的塑性变形实现延伸一致或减小残余应力，来达到改善板形的效果；三是通过拉矫给钢板施加微量的塑性变形，消除屈服平台，以消除冲压过程中零件表面可能出现的滑移线等缺陷。经过本申请人的大量工作，发现拉矫工艺对热轧钢板的性能也存在较大的影响，不仅仅是消除屈服平台，也对屈服强度有很大影响。对于本方案的低碳微合金钢成分体系，经过本申请人的实验工作，发现钢板屈服强度Rp0.2与拉矫延伸率存在如附图2的关系，其原理主要是经过一定的小变形，原本被钉扎的位错脱钉变成可动位错、促进了位错滑移，当塑性变形增大后位错快速增殖缠结则会导致滑移困难、屈服强度增加。因此，本发明设定拉矫延伸率为0.40-0.60％，可获得最低的屈服强度，而对抗拉强度和伸长率影响不大。
本发明方法生产的热轧酸洗钢板，其金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为5～8％，铁素体的晶粒度为10.5～11.5级；2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2为460～520MPa，抗拉强度Rm为600～660MPa，屈强比≤0.80，断后伸长率A50mm为25～35％，扩孔性能λ≥75％。
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，获得理想的金相组织，钢板在满足产品强度的同时具有优良的良好冲压性能和扩孔性能，保证汽车用户对复杂零部件成形的要求。本发明热轧酸洗钢板用于复杂成形的汽车结构零部件制作。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明采用的是铁素体和少量珠光体及弥散碳化物的基体，通过固溶强化和析出强化的配合，再结合特定拉矫工艺，在抗拉600MPa级热轧钢种上获得0.80以下的屈强比，扩孔率75％以上，兼具良好的冲压性能和扩孔性能。2、本发明的热轧酸洗板，相比常规同等级强度的铁素体珠光体组织，屈强比低；相比同等级强度的双相(F+M)组织，扩孔率高；相比同等级强度的三相(F+B+M)组织，表面质量好、易生产且性能稳定。3、本发明的抗拉600MPa级热轧酸洗板，综合成形性能较好、表面质量良好、制造成本低、制造工艺易实现、性能稳定，适用于加工复杂形状的热轧酸洗汽车结构件。
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热轧酸洗钢板的屈服强度、抗拉强度与拉矫延伸率的数据图。
具体实施方式
下面结合实施例1～5对本发明做进一步说明，如表1～表5所示，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
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。
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，钢水经全程吹Ar保护连续浇铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制。通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采用前段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为2.0～4.0mm。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
将本发明得到的热轧钢板按照《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，其力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
将上述热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0.40-0.60％。本发明实施例采用的拉矫延伸率见表4。
表4本发明实施例拉矫延伸率
热轧参数 热轧酸洗钢板厚度/mm 拉矫延伸率/％
本发明 2.0-4.0 0.40-0.60
实施例1 2.0 0.60
实施例2 2.5 0.55
实施例3 3.0 0.50
实施例4 3.5 0.45
实施例5 4.0 0.40
利用上述方法得到的热轧酸洗钢板，参见图1(实施例2所获得的组织)，热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为5～8％，铁素体的晶粒度为10.5～11.5级；2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2为460～520MPa，抗拉强度Rm为600～660MPa，屈强比≤0.80，断后伸长率A50mm为25～35％，扩孔性能λ≥75％。
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5。
表5本发明实施例热轧酸洗钢板的力学性能
参见图2，从表3和表5可见，经过拉矫处理之后，热轧钢板的屈服强度均下降，而抗拉强度略有提高，伸长率变化不大，屈强比降低至0.8以下。
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 (4)

1.一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.06～0.08％，Mn：0.8～1.2％，Si：0～0.10％，P：0～0.020％，S：0～0.010％，Alt：0.015～0.050％，N：0～0.005％，Ti：0.03～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；热轧酸洗钢板的金相组织为铁素体+少量珠光体+弥散碳化钛颗粒，所述金相组织中珠光体的体积含量为5～8％，铁素体的晶粒度为10.5～11.5级。
2.如权利要求1所述的抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板，其特征是，2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度Rp0.2为460～520MPa，抗拉强度Rm为600～660MPa，屈强比≤0.80，断后伸长率A50mm为25～35％，扩孔性能λ≥75％。
3.一种抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.06～0.08％，Mn：0.8～1.2％，Si：0～0.10％，P：0～0.020％，S：0～0.006％，Alt：0.015～0.050％，N：0～0.005％，Ti：0.03～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸板坯经加热炉加热至1200～1250℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030～1050℃；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为850～880℃，精轧压下率为85～95％，精轧后，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为580～620℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0.40～0.60％。
4.如权利要求3所述的抗拉强度600MPa级低屈强比热轧酸洗钢板的制造方法，其特征是，精轧后，控制钢板厚度为2.0～4.0mm。
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