CN111334701B - 一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢及生产方法 - Google Patents

一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.09%,Mn：1.95～2.10%,Si：0.70～0.80%,P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.02~0.04%；生产方法：经转炉冶炼后进行RH真空炉处理；对铸坯加热；分段轧制；分段变速冷却：卷取；保温；平整处理。本发明在保证抗拉强度在800MPa以上的前提下，使屈服强度≥500MPa，延伸率≥25%，强塑积≥20GPa%，屈强比＜0.65，能满足厚规格高强度钢材的成形要求，且合金元素简单，不添加Nb、V、Mo等贵重合金，合金成本可降低至少10%。

Description

一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢及生产 方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用热轧钢及其生产方法，具体属于一种抗拉强度大于800MPa高延伸率热轧组织调控钢及生产方法；且适用于钢板厚度在2～12mm。
背景技术
近年来，汽车行业特别是商用车、半挂车、客车等细分市场对轻量化的迫切程度日益提高，相关制造企业都对车辆的减重提出了明确需求，以满足强制性国标GB1589-2016等法规的要求。一方面，商用车等车型的车轮、车桥、鞍座等结构件在制造过程中需要经过拉延、扩孔等成形加工，对抗拉强度提升至800MPa以上后的超高强度钢材拉延、翻边成形性能有明确要求，另一方面商用车等车型使用钢材的厚度较厚，一般在3～16mm左右，轻量化后的超高强度钢材厚度也要求在2～12mm，因此目前市场对厚规格的高成形性超高强钢提出了迫切要求。
经初步检索：
中国专利申请号为：CN201210411202.6的文献，公开了《一种抗拉强度780MPa级热轧双相钢板及其制造方法》，成分为：C0.07％～0.12％、Si 0.2％～0.7％、Mn 1.0％～1.8％、Als0.02％～0.08％、Cr 0.5％～1.2％、Nb 0.02％～0.05％、Ti 0.01％～0.03％、P<0.02％、S<0.005％，余为Fe。成品厚度2.5～6mm；延伸率高于15％。该发明的延伸率无法满足变形复杂零件的成形要求，同时成品厚度仅为2.5～6mm，不可用于商用车等车型的车桥、鞍座等结构件，对于7～12mm厚规格钢材则无法满足要求，且合金元素较多，相对成本较高。
中国专利申请号为CN201110402359.8的文献，公开了《一种热轧双相钢及其生产工艺》，可用于制造高强度汽车车轮等结构件，钢的化学成分重量百分比为：C：0.06～0.10％、Si：0.10-0.50％、Mn：1.00～1.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、Nb：0.02～0.05％，其余为Fe及不可避免杂质；该发明得到的热轧双相钢，屈服强度范围为440～500MPa，抗拉强度650MPa～750MPa，延伸率18～25％，屈强比小于0.7。该发明的抗拉强度低于800MPa，不能有效满足商用车轻量化要求。
中国专利申请号为CN201610450190.6的文献，其公开了《一种780MPa级热轧高扩孔双相钢及其制造方法》，该钢化学成分重量百分比为：C：0.10～0.15％，Si：0.8～1.8％，Mn：1.0～2.0％，P≤0.02％，S≤0.005％，O≤0.003％，Al：0.02～0.06％，N≤0.006％，Nb：0.01～0.06％，Ti：0.05～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质，该发明双相钢屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率A80≥15％，扩孔率≥40％。该发明的C元素含量相对较高，影响钢材的冷成形性，Si含量较高，不利于钢材表面质量的控制，同时延伸率下限也仅为15％，不能满足部分变形复杂零件的要求，且合金元素较多，相对成本较高。
中国专利申请号为CN201410651490的文献，其公开了《一种抗拉强度≥780MPa级热轧双相钢》，其组分及wt％为：C：0.05～0.08％，S不超过0.5％，Mn：0.6～1.2％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.006％，Als:0.01～0.1％，Ti：0.05～0.25％，含量为≤0.6％的Cr或含量为≤0.003％的B或两者的复合添加；该发明抗拉强度≥780MPa，延伸率≥15％，屈强比≤0.70。实现了厚度为1.2～4.0mm热轧双相钢的生产。该文献的延伸率下限仅为15％，无法满足变形复杂零件的成形要求，同时成品厚度仅为1.2～4.0mm，无法满足更厚规格钢材的需求，且合金元素较多，相对成本较高。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的上述不足，提供一种在保证抗拉强度在800MPa以上的前提下，使延伸率≥25％，并能满足钢板厚度在7～12mm的成形要求，且合金元素简单，不添加Nb、V、Mo等贵重合金，合金成本可降低至少10％的高延伸率热轧组织调控钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.09％,Mn：1.95～2.10％,Si：0.70～0.80％,P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.02～0.04％,其余为Fe及不可避免的杂质；力学性能：屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥800MPa，延伸率≥25％，强塑积≥20GPa％，屈强比＜0.65；钢板厚度在2.0～12.0mm；金相组织为：体积比占44～55％的铁素体，体积比占40～50％的马氏体，体积比占5～10％的残余奥氏体。
优选地：C的重量百分比含量为0.073～0.086％。
优选地：Si的重量百分比含量为0.72～0.78％。
优选地：Als的重量百分比含量为0.02～0.033％。
生产一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢的方法，其步骤：
1)经过转炉冶炼后进行RH真空炉处理，RH处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯，并在连铸过程进行电磁搅拌；
2)对铸坯进行加热，加热温度控制在1260～1300℃，加热时间在60～80min；
3)进行分段轧制，其间，并控制粗轧结束温度在1060～1100℃，控制精轧终轧温度在800～840℃；
4)进行分段变速冷却：
第一段在冷却速度为120～200℃/s下冷却至660～680℃；
第二段在冷却速度为5～15℃/s下冷却至620～640℃；
第三段在冷却速度为100～200℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度在320～350℃；
6)卷取后下线进行保温，保温温度在310～350℃，保温时间在30～60min；
7)进行平整处理，平整延伸率控制在＜1.0％。
生产一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢的方法，其特征在于：分段变速冷却：
第一段冷却速度为135～195℃/s；
第二段冷却速度为5～12℃/s；
第三段冷却速度为115～190℃/s。
本发明中各元素及主要工艺的机理及作用：
碳：碳是本发明中最为重要的强化元素，可以提高马氏体硬质相的硬度，并影响马氏体和残余奥氏体的转变比例。根据本钢种成形加工的应用范围，要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的冷成形性能。如果碳含量小于0.07％，会使得马氏体的硬度降低，在一定组分条件下，材料的抗拉强度达不到标准要求，同时还会影响保温过程中残余奥氏体的稳定性；如果碳含量大于0.09％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，碳元素的限定范围为0.07＜C＜0.09％，优选地为。
硅：硅在组织调控钢中加速碳向奥氏体的偏聚，使铁素体进一步净化，免除间隙固溶强化并可避免冷却时粗大碳化物的生成，同时固溶到铁素体中的硅可以影响位错的交互作用,增加既定强度水平下的均匀延伸性能，因此将硅元素下限定为0.70％；但过高的硅元素会在高温轧制过程中形成Fe2SiO4，增加了氧化铁皮与钢基表面的附着力，降低了除鳞工序的效果，恶化钢板的表面质量，因此在必要添加的条件下需要严格控制硅元素的上限。所以，硅元素的限定范围为0.70＜C＜0.80％，优选地含量为0.72～0.78％。
锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素，同时在组织调控钢中可有效的推迟珠光体转变，为较低冷速相变过程中铁素体的形成提供条件。如果锰元素含量小于1.95％，则不能满足材料强度要求；但是添加过量的锰，会增加锰元素偏析的风险，并增加钢材的合金成本。所以，锰元素的限定范围为1.95＜Mn＜2.10％。
磷：磷元素是本发明中的有害元素，为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.008％。所以将磷含量控制在0.008％以下。
硫：硫元素是本发明中非常有害的元素。硫常以MnS形态存在，这种硫化物夹杂对钢的成形性能十分不利，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。因此，将钢中硫含量控制在0.002％以下。
铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.02％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.04％。因此，Als含量限定在0.02～0.04％范围，优选地含量为0.02～0.033％。
本发明之所以使金相组织为：体积比占45～55％的铁素体，体积比占40～50％的马氏体，体积比占5～10％的残余奥氏体，是由于40～50％的高硬度马氏体可以提升钢材的抗拉强度，45～55％的低硬度铁素体保证钢材具有良好的成形性能，5～10％的残余奥氏体在钢材加工变形过程中，通过形变诱导相变机理转变为马氏体，保证了成形性能并在成形后进一步提高零件的抗拉强度。
本发明之所以控制铸坯加热温度在1260～1300℃，是为了使铸坯中C元素和Mn元素进行充分扩散，减少C、Mn元素的偏析，提高轧制后钢材的成形性能。
本发明之所以在线下温度为310～350℃时进行保温，保温时间在30～60min，是为了在此温度区间，使先转变马氏体中的C元素向未转变奥氏体中进行扩散，使得未转变奥氏体中的C元素含量升高，提高未转变奥氏体的稳定性使其保留到室温，最终形成5～10％的残余奥氏体。
本发明之所以进行分段变速冷却，即
第一段冷却速度为120～200℃/s；第二段冷却速度为5～15℃/s；第三段冷却速度为100～200℃/s，是由于采用三段式冷却+中低温卷取保温工艺，来实现不同组织的精准调控，从而实现高强度高延伸率的匹配：首先采用120～200℃/s的超高冷速，使钢板从轧后800～840℃快速冷却到660～680℃，充分保留轧后钢板晶粒中的形变亚结构，增加形核数量，同时避免轧后晶粒粗大化；其后采用5～15℃/s的低冷速进行控制相变，形成45～55％的铁素体；最后再次进行100～200℃/s的超高速冷却，冷却到320～350℃，并进行30～60min保温，目的是形成40～50％马氏体和5～10％的残余奥氏体，从而实现高强度高延伸率的匹配。
冷却后平整工序的控制工艺也是本发明的重要技术之一。为保证高速冷却后钢板的板形质量，需要对钢卷进行平整处理。由于钢板冷却后是铁素体+马氏体+残余奥氏体的多相组织，过大的平整压下会消耗相变后铁素体内的可动位错，并使残余奥氏体发生形变诱导现象。通过大量实验获得的数据表明，1％的平整延伸率即可使本发明的组织调控钢屈服强度上升约50MPa，显著提高材料的屈强比，随着平整延伸率的提高，还会使成品钢材的延伸率大幅下降，从而影响后续钢材在成形加工过程中的成形能力。因此在平整工序限定平整延伸率＜1％。
本发明与现有技术相比，在保证抗拉强度在800MPa以上的前提下，使屈服强度≥500MPa，延伸率≥25％，强塑积≥20GPa％，屈强比＜0.65，能满足厚规格高强度钢材的成形要求，且合金元素简单，不添加Nb、V、Mo等贵重合金，合金成本可降低至少10％。
附图说明
图1为本发明的金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的化学组分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤进行生产：
1)经过转炉冶炼后进行RH真空炉处理，RH处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯，并在连铸过程进行电磁搅拌；
2)对铸坯进行加热，加热温度控制在1260～1300℃，加热时间在60～80min；
3)进行分段轧制，其间，并控制粗轧结束温度在1060～1100℃，控制精轧终轧温度在800～840℃；
4)进行分段变速冷却：
第一段在冷却速度为120～200℃/s下冷却至660～680℃；
第二段在冷却速度为5～15℃/s下冷却至620～640℃；
第三段在冷却速度为100～200℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度在320～350℃；
6)卷取后下线进行保温，保温温度在310～350℃，保温时间在30～60min；
7)进行平整处理，平整延伸率控制在＜1.0％。
表1本发明实施例及比较例的化学成分列表(wt％)
Figure GDA0002920199940000071
表2本发明各实施例及比较例的主要工艺参数列表
Figure GDA0002920199940000072
Figure GDA0002920199940000081
表3本发明各实施例及比较例力学性能检测结果列表
Figure GDA0002920199940000082
从表3可以看出，采用本发明生产的钢材抗拉强度保证在800MPa以上的同时，延伸率可以达到25％以上，材料的强塑积超过20GPa％，保证了钢材在高强度的同时具有良好的成形性能，同时钢材厚度涵盖了2～12mm，能够满足商用车车桥、鞍座等各类零件的使用厚度范围。
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。

Claims (6)

1.一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.09%, Mn：1.95～2.10%, Si：0.70～0.80%, P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.02~0.04%, 其余为Fe及不可避免的杂质；力学性能：屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥800MPa，延伸率≥25%，强塑积≥20GPa%，屈强比＜0.65；钢板厚度在2.0~12.0mm；金相组织为：体积比占44~55%的铁素体，体积比占40~50%的马氏体，体积比占5~10%的残余奥氏体；
生产方法：
1）经过转炉冶炼后进行RH真空炉处理， RH处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯，并在连铸过程进行电磁搅拌；
2）对铸坯进行加热，加热温度控制在1260~1300℃，加热时间在60~80min；
3）进行分段轧制，其间，并控制粗轧结束温度在1060~1100℃，控制精轧终轧温度在800~840℃；
4）进行分段变速冷却：
第一段在冷却速度为120～200℃/s下冷却至660～680℃；
第二段在冷却速度为5~15℃/s下冷却至620～640℃；
第三段在冷却速度为100~200℃/s下冷却至卷取温度；
5）进行卷取，卷取温度在320～350℃；
6）卷取后下线进行保温，保温温度在310～350℃，保温时间在30~60min；
7）进行平整处理，平整延伸率控制在＜1.0%。
2.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢，其特征在于：C的重量百分比含量为0.073～0.086%。
3.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢，其特征在于：Si的重量百分比含量为0.72～0.78%。
4.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢，其特征在于：Als的重量百分比含量为0.02~0.033%。
5.生产如权利要求1所述的一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢的方法，其步骤：
1）经过转炉冶炼后进行RH真空炉处理， RH处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯，并在连铸过程进行电磁搅拌；
2）对铸坯进行加热，加热温度控制在1260~1300℃，加热时间在60~80min；
3）进行分段轧制，其间，并控制粗轧结束温度在1060~1100℃，控制精轧终轧温度在800~840℃；
4）进行分段变速冷却：
第一段在冷却速度为120～200℃/s下冷却至660～680℃；
第二段在冷却速度为5~15℃/s下冷却至620～640℃；
第三段在冷却速度为100~200℃/s下冷却至卷取温度；
5）进行卷取，卷取温度在320～350℃；
6）卷取后下线进行保温，保温温度在310～350℃，保温时间在30~60min；
7）进行平整处理，平整延伸率控制在＜1.0%。
6.如权利要求5所述的生产一种抗拉强度≥800MPa的高延伸率热轧组织调控钢的方法，其特征在于：分段变速冷却：
第一段冷却速度为135～195℃/s；
第二段冷却速度为5~12℃/s；
第三段冷却速度为115~190℃/s。
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