CN111218609A - 高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板及其生产方法。针对现有方法制备的汽车结构钢板力学性能方向性强、成形后的二次加工脆性等问题，本发明提供了一种钢板，化学成分为：按重量百分比计，C：≤0.0040％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.80～1.00％、Nb：0.020～0.040％、Ti：0.030～0.050％、N：0.002～0.006％、P：0.080～0.110％、S：0～0.015％、B：0.0005～0.0015％、Als：0.015～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还给出了上述钢板的生产方法，精确控制了卷取温度、冷却速度等相关参数，共同使得所得钢板力学性能稳定，各向异性小，基本无凸耳现象，解决了成形后的二次加工脆性问题，推广使用前景良好。

Description

高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板及其生产方法。
背景技术
我国的汽车工业已进入乘用车高速发展期，为了满足汽车制造业“减重、节能、安全、环保”的需要，汽车零部件越来越多地使用高强度薄钢板。由于磷具有优良的固溶强化效果及经济性，在超低碳钢基础上发展的超低碳含磷冷轧高强钢(即无间隙原子高强度冷轧钢板)既具有高强度，又具有非常好的冲压成形性能，通常用来制作需要深冲压的复杂部件，已经在汽车行业得到了广泛应用。
近期，国内主要汽车制造厂根据新车型设计要求，提出了抗拉强度为440MPa级成形性能优良的冷轧汽车用结构钢的使用需求，主要技术指标：Rp0.2 250-360MPa，Rm≥440MPa，A50mm≥30％，n90≥0.16、r90≥1.40。440MPa级高强度冷轧钢板用于加工乘用车的后立柱内板加强板、发动机舱左/右侧壁前下延伸板、左/右前纵梁与门槛加强板等。钢板的主要技术要求：足够的强度和塑韧性；良好的成形性能；低的力学性能各向异性；良好的表面质量。
440MPa级连退冷轧汽车结构钢板化学成分设计通常为超低C-Si-Mn-P-Ti系微合金钢，其中，C含量≤0.0040％，Si含量为0.20-0.35％，P含量为0.090％-0.120％，Ti含量为0.050％-0.070％，锰、硅、磷含量的控制主要是为了提高钢的强度，添加钛主要是为了固定钢中的碳、氮间隙原子，保证钢板无时效。主要生产工艺为冶炼-炉外精炼-连铸-热轧-冷轧-连退。现有的生产440MPa级连退冷轧汽车结构钢板的方法有：一般采用较高的冷轧压下率(≥80％)、高退火温度(820-850℃)、较快的冷却速度(HGJC，50℃/S)、低的OAS段温度(250-350℃)等措施，使成品晶粒适当粗化，发展有利织构，提高成品冲压性能。
上述生产方法得到的钢板容易出现成形方向性敏感强和凸耳现象，成形后二次加工又存在脆性问题，还有待进一步优化。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有生产连退冷轧冲压用汽车结构钢板中存在的力学性能方向性强、成形后的二次加工脆性等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板。
本发明提供了一种高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板，化学成分为：按重量百分比计，C：≤0.0040％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.80～1.00％、Nb：0.020～0.040％、Ti：0.030～0.050％、N：0.002～0.006％、P：0.080～0.110％、S：0～0.015％、B：0.0005～0.0015％、Als：0.015～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板中，所述钢板的微观组织结构为晶粒度9.0-10.5级的铁素体。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板中，所述钢板的Rp0.2 250～360MPa，Rm≥440MPa，A50mm≥30％，n90≥0.16、r90≥1.40。
本发明还提供了一种上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，包括连铸坯加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取-酸洗-冷轧-再结晶退火-缓冷-快冷-过时效处理-终冷-平整-分卷-包装-入库的步骤；
其中连铸坯加热温度为1210～1230℃，时间为1.2～1.8小时；
粗轧温度为1100～1200℃，精轧时的终轧温度为900～950℃；
层流冷却采用轧后前段水冷，冷却速率15～35℃/s；
卷取步骤的卷取温度680～730℃；
冷轧时控制冷轧压下率55～78％；
再结晶退火温度830～840℃，缓冷终点温度为620～640℃，缓冷时间55～65s，过时效段(OAS段)温度≤420℃，终冷温度≤100℃，平整时的平整延伸率0.5～0.8％。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，所述的连铸坯由高炉铁水经转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-连铸工序制得。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，所述的连铸坯厚度为228～232mm。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，所述的缓冷冷却速度7～8℃/s，时间55～65s。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，所述的快冷速度为35～50℃/S。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种全新成分的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板，采用超低碳钢+“Nb+Ti+P+B”微合金化方案(C与Nb结合成NbC，N与Ti结合成TiN，B提高晶界强度)，力学性能稳定，平面各向异性差小；抗二次加工脆性能力良好。生产过程采用炉外精炼、控轧控冷、控制冷轧压下率及再结晶退火、平整工艺等步骤，得到的连退冷轧汽车结构钢板Rp0.2250～360MPa，Rm≥440MPa，A50mm≥30％，n90≥0.16、r90≥1.40，综合性能优良。
本发明制备的钢板为Nb、Ti、B复合微合金化高强IF钢，力学性能稳定，钢板的各向异性小，基本无凸耳现象；另外，从工艺设计方面提高了晶界强度，解决了成形后的二次加工脆性问题，能有效地适应用户不同的冲压工艺。应用本发明生产的冷轧结构钢板综合性能优良，能适用于多种成形条件的生产(折弯、冲压、翻边等)，性价比高，推广使用前景良好。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板，化学成分为：按重量百分比计，C：≤0.0040％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.80～1.00％、Nb：0.020～0.040％、Ti：0.030～0.050％、N：0.002～0.006％、P：0.080～0.110％、S：0～0.015％、B：0.0005～0.0015％、Als：0.015～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板中，所述钢板的微观组织结构为晶粒度9.0-10.5级的铁素体。铁素体指的是C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，具有体心立方晶体结构。本发明制备的钢板为100％铁素体钢，晶粒度为9.0～10.5级，此晶粒度下强度和延伸率最为平衡。铁素体可以采用本领域技术人员公知的方法测得，例如GB/T 6394金相法。
本发明所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板中，特别的添加了Nb、B元素，Ti-Nb复合添加，降低了钢板的平面各向异性，加入的B和N结合，在晶界析出提高界面强度，进而提高了抗二次加工脆性能力。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板中，所述钢板的Rp0.2250～360MPa，Rm≥440MPa，A50mm≥30％，n90≥0.16、r90≥1.40。
本发明还提供了一种上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，包括连铸坯加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取-酸洗-冷轧-再结晶退火-缓冷-快冷-过时效处理-终冷-平整-分卷-包装-入库的步骤；
其中连铸坯加热温度为1210～1230℃，时间为1.2～1.8小时；
粗轧温度为1100～1200℃，精轧时的终轧温度为900～950℃；
层流冷却采用轧后前段水冷，冷却速率15～35℃/s；
卷取步骤的卷取温度680～730℃；卷取温度的选择范围避开了FeTiP相析出最快温度区间，有利于减小热轧过程FeTiP相过量析出而恶化性能；
冷轧时控制冷轧压下率55～78％；
再结晶退火温度830～840℃，缓冷终点温度为620～640℃，缓冷时间55～65s，过时效段(OAS段)温度≤420℃，二次冷却段终冷温度≤100℃，平整延伸率0.5～0.8％。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，所述的连铸坯由高炉铁水经转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-连铸工序制得。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，所述的连铸坯厚度为228～232mm。
本发明在精炼RH后期定量加入Fe-Nb、Fe-B合金，加入量为Nb：0.020～0.040％、B：0.0005～0.0015％；降低了钢板的平面各向异性，利用BN在晶界析出提高α-Fe晶界强度、控制钢板性能均匀性等技术措施，有效提高了钢板的抗二次加工脆性能。
进一步的，控制了卷取温度680～730℃，避开了FeTiP相析出最快温度区间，有利于减小热轧过程FeTiP相过量析出而恶化性能。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，为了更好地控制超低碳钢的γ→α相变，增强{111}面织构体积分数，使钢板再结晶退火后获得的α充分均匀长大并且等轴化，所述的缓冷冷却速度7～8℃/s，时间55～65s。
其中，上述高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法中，为了控制超低碳钢在OAS段铁素体晶粒尺寸，抑制不利于性能的大角度晶粒生长并发展，从而提高超低碳软钢的性能均匀性，所述的快冷速度为35～50℃/S。
具体的：本发明高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的制备工艺流程如下：
转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-连铸-连铸坯加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取-酸洗-冷轧-退火-缓冷-快冷-过时效处理-终冷-平整-分卷-包装-入库。
转炉冶炼具体为将高炉铁水及冶炼炉料在转炉中冶炼得到钢水，然后将钢水在RH精炼炉脱氧并进行合金化；在合金化步骤中将铝铁合金、金属锰、铌铁合金、钛铁合金、硼铁合金等加入到脱氧后的钢水中，得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为C：≤0.0035％、Si：0～0.03％、Mn：0.65～0.75％、Nb：0.030～0.050％、Ti：0.010～0.030％、N：0.002～0.006％、P：0.06～0.08％、S：0～0.015％、Als：0.015～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。冶炼过程可以采用现有常规的冶炼技术进行，优选的，为了使入炉原料中S的含量小于或等于入炉铁水总重量的0.010％，可以采用低硫铁水或半钢冶炼。为了防止金属元素尤其是锰元素的烧损，要严格控制冶炼过程温度及出钢时的氧活度，冶炼条件为出钢温度1665～1685℃，出钢过程只使用中碳锰铁进行Mn的合金化，出钢时氧活度条件为[a0]400～650PPm。冶炼的时间为常规的冶炼的时间，优选为35～45分钟。
LF精炼工序可采用本领域技术人员公知的方法进行，优选的：LF精炼只进行钢水调温及钢包底吹氩气处理，钢水罐底部通入压力200～400Pa的氩气4～6分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，可以避免钢水出现二次氧化及温度下降过快，使钢中夹杂物充分上浮，进一步提高钢材清洁度。LF工序处理时间10～25分钟，出站温度1610～1625℃。
RH真空处理可采用本领域技术人员公知的方法进行，优选的：进行钢水终脱氧、合金化、成分微调，处理时间20～35分钟，出站温度1585～1600℃。RH精炼工序采取的技术为本领域技术人员公知的方法，得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为C：≤0.0040％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.80～1.00％、Nb：0.020～0.040％、Ti：0.030～0.050％、N：0.002～0.006％、P：0.080～0.110％、S：0～0.015％、B：0.0005～0.0015％、Als：0.015～0.050％，其余为Fe。与现有稍有区别的是，钢水中多了Nb：0.020～0.040％和B：0.0005～0.0015％。
优选的：为了保证钢的化学成分均匀，脱氧合金化后RH真空室钢水循环时间5～8分钟，真空度≤2.0mba。对钢水罐进行底吹氩气处理。所述底吹氩气处理的条件压力200～400帕。
连铸步骤可以采用本领域技术人员公知的方法。优选的，将精炼后的钢水浇铸至预先烧烤过的中间包，经全流程保护的连续铸机浇铸成板坯。浇铸后，可以按照常规方法进行冷却，如在室温下自然冷却。
热轧步骤是将浇铸的板坯经加热后进行轧制。轧制的目的是使连铸板坯达到所需的厚度。本发明热轧板钢带的轧制道次为粗轧4～6个，精轧6～7个，每架机架轧制一道每道次轧制使热轧料坯的厚度减少3～12毫米。
热轧工序包括了连铸坯加热、粗轧、精轧。开轧温度指钢坯进入轧机的温度，在该温度下进行加热，能够充分固溶微合金元素，消除铸坯因枝晶偏板带来的化学元素偏析，同时避免了液析碳化物降低微合金元素在钢中的作用。热轧的终轧温度指钢带出精轧机组的温度，为了使成品的厚度和力学性能均匀，采用热轧中间坯热卷箱工艺技术，使精轧前的热轧中间坯料头、中、尾部保持特定的终轧温度。本发明热轧加热温度为1210～1230℃，时间为1.2～1.8小时，热轧步骤的粗轧温度为1100～1200℃，终轧温度为900～950℃；热轧过程中的温度控制能够使钢在精轧出口前处于完全奥氏体组织，并且避免奥氏体组织过于粗大。
层流冷却可以采用常规的方法进行冷却。通常情况下，热轧轧制的薄板钢带经过冷却后调整了钢材内部的组织状态，然后进行卷取成卷。为了满足成品r值要求原料需要具备细小铁素体晶粒尺寸(10.5级～11.0级)，从轧机出来的钢带必须在很短的时间内，在很高的冷却速度下冷却到卷取温度进行卷取。优选的，所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至680℃～730℃。
酸洗+冷轧步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，经过热轧轧制的薄板钢带在酸轧机组头部经焊接后组成连续钢带，经过矫直、酸洗、碱洗、清洗、干燥、切边后进行连续轧制，冷轧机组可采用各种常规的冷连轧机组，如5机架冷连轧机组，钢板经酸轧后厚度降低至退火机组原料厚度，采用的冷轧压下率为70％左右；表面氧化铁皮、擦伤等被清除，表面质量得到改善。所述酸轧步骤可以采用本领域技术人员公知的方法和技术。
退火步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，经过酸轧后的薄板钢带在连退机组入口经焊接后组成连续钢带，经过表面连续清洗、干燥后进行连续退火，清洗工序为本领域技术人员公知的方法。退火工序为连续退火方式，钢带经退火机组进行预热、再结晶退火及均热、缓冷、一次冷却、快速冷却、过时效处理、终冷后进行平整、分卷。其中退火温度820℃～850℃，缓冷终点温度为620～640℃，过时效段(OAS段)温度≤420℃，二次冷却终冷温度≤100℃，平整延伸率0.5％～0.8％。所述连续退火步骤可以采用本领域技术人员公知的方法和技术。
本发明中化学成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336；非合金钢低碳含量的测定第2部分:感应炉(经预加热)内燃烧后红外吸收法，国家标准为GB/T 20126-2006。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1用本发明方法制备高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板
具体的操作步骤如下：
a、冶炼钢水：冶炼设备为顶吹转炉，高炉铁水提钒后的半钢作为原料，温度1366℃，加入炼钢辅料熔炼至1675℃出钢到钢水罐，出钢1/3时加入1300Kg的中碳锰铁合金(德昌铁合金有限公司)预脱氧，随后在炉外小平台对钢水罐进行底吹氩气处理，氩气压力280Pa，时间为5分钟。
b、LF电加热：钢水罐底部通入一定压力310Pa的氩气5分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，LF处理终止温度1655℃。
c、RH真空精炼：进行钢水终脱氧、合金化、成分微调，处理时间30分钟，出站温度1597℃。得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为C：0.0028％、Si：0.25％、Mn：0.88％、Nb：0.035％、Ti：0.040％、N：0.0030％、P：0.090％、S：0.003％、B：0.0012％、Als：0.041％，其余为Fe和不可避免的杂质。
d、连铸：钢水罐运至浇铸位置，钢水罐的底部滑动水口Al质塞棒(安阳冶辅有限公司)，钢水自动流入中间包，经Al质塞棒、引流至结晶器进行连续浇铸。全流程采用保护渣进行保护浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯。
e、热轧：板坯出炉轧制温度为1232℃(消除枝晶偏析、控制原始奥氏体晶粒尺寸)，粗轧温度为1151℃，精轧终轧温度935℃；冷却方式采用轧后前段水冷，卷取温度720℃。精轧的轧制道次为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为42～35毫米、35～25毫米、25～17毫米、17～11毫米、11～8毫米、8～5毫米和5～3.50毫米。
f、酸轧：钢带经酸轧机组厚度轧制为1.0毫米，冷轧压下率71.4％。
g、连退：钢带加热段温度770℃，退火均热温度835℃，缓冷终点温度为625℃，过时效段(OAS段)温度405℃，二次冷却段终冷温度95℃，平整延伸率0.6％。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、伸长率A50mm，加工硬化指数值(n90)及塑性应变比值(r90)。拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rp0.2)为285MPa，抗拉强度(Rm)为465MPa，延伸率(A50mm)为37.5％，n90为0.19、r90为1.85，符合440MPa级冷轧汽车结构钢板的技术条件要求。
实施例2用本发明方法制备高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板
具体的操作步骤如下：
生产方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为C：0.0030％、Si：0.23％、Mn：0.95％、Nb：0.033％、Ti：0.042％、N：0.0028％、P：0.093％、S：0.004％、B：0.0009％、Als：0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1228℃，终轧温度为925℃，卷取温度为715℃，热轧厚度4.10mm，酸轧厚度1.4mm，退火温度830℃，一次冷却段温度为620℃，过时效段(OAS段)温度410℃，二次冷却段终冷温度90℃，平整延伸率0.7％。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、伸长率A50mm，加工硬化指数值(n90)及塑性应变比值(r90)。拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rp0.2)为290MPa，抗拉强度(Rm)为468Pa，延伸率(A50mm)为36.5％，n90为0.19、r90为1.80，符合440MPa级冷轧汽车结构钢板的技术条件要求。
对比例3不采用本发明方法制备高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板
具体的操作步骤如下：
生产方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为C：0.0033％，Si：0.01％，Mn：0.38％、Nb：0.040％、Ti：0.018％、N：0.0035％、P：0.0017％、S：0.005％、Als：0.046％，其余为Fe和不可避免的杂质。并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1214℃，终轧温度为915℃，卷取温度为726℃，热轧厚度3.75mm，酸轧厚度1.0mm。钢带加热段温度745℃，退火均热温度828℃，过时效段(OAS段)温度440℃，二次冷却段终冷温度100℃，平整延伸率0.6％。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、伸长率A50mm，加工硬化指数值(n90)及塑性应变比值(r90)。拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rp0.2)为190MPa，抗拉强度(Rm)为385MPa，延伸率(A50mm)为45.0％，n90为0.23、r90为2.30，力学性能不符合440MPa冷轧汽车结构钢板的技术条件要求。

Claims (8)

1.高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板，其特征在于，化学成分为：按重量百分比计，C：≤0.0040％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.80～1.00％、Nb：0.020～0.040％、Ti：0.030～0.050％、N：0.002～0.006％、P：0.080～0.110％、S：0～0.015％、B：0.0005～0.0015％、Als：0.015～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板，其特征在于：所述钢板的微观组织结构为晶粒度9.0～10.5级的铁素体。
3.根据权利要求1所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板，其特征在于：所述钢板的Rp0.2250～360MPa，Rm≥440MPa，A50mm≥30％，n90≥0.16、r90≥1.40。
4.权利要求1～3任一项所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，其特征在于，包括：连铸坯加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取-酸洗-冷轧-再结晶退火-缓冷-快冷-过时效处理-终冷-平整-分卷-包装-入库的步骤；
其中连铸坯加热温度为1210～1230℃，时间为1.2～1.8小时；
粗轧温度为1100～1200℃，精轧时的终轧温度为900～950℃；
层流冷却采用轧后前段水冷，冷却速率15～35℃/s；
卷取步骤的卷取温度680～730℃；
冷轧时控制冷轧压下率55～78％；
再结晶退火温度830～840℃，缓冷终点温度为620～640℃，缓冷时间55～65s，过时效段(OAS段)温度≤420℃，终冷温度≤100℃，平整时的平整延伸率0.5～0.8％。
5.权利要求4所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：所述的连铸坯由高炉铁水经转炉冶炼-LF精炼-RH真空处理-连铸工序制得。
6.权利要求4所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：所述的连铸坯厚度为228～232mm。
7.权利要求4所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：所述的缓冷冷却速度7～8℃/s，时间55～65s。
8.权利要求4所述的高强度连退冷轧冲压用汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：所述的快冷速度为35～50℃/S。
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