CN112442632A - 一种高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法，属于钢铁领域，该高抗弯曲性热轧热成形用钢，其特征在于，所述热轧热成形用钢包括如下质量分数的化学成分：C：0.18‑0.23％，Si：0.10‑0.25％，Mn：1.0‑1.3％，P≤0.015％，S≤0.01％，Al：0.08‑0.3％，Ti：0.01‑0.05％，B：0.0010‑0.0035％，Cr：0.10‑0.30％，Nb：0.01‑0.06％，N≤0.006％；其余是Fe及不可避免的杂质；本发明提供的热轧热成形用钢微观金相组织为铁素体+珠光体组成，带状评级≤2级，晶间氧化厚度≤5μm。

Description

一种高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁领域，具体涉及一种高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车行业的发展，汽车工业对汽车轻量化和节能减排要求越来越高，采用超高强钢是汽车工业发展的必然要求。热成形用钢作为近些年来发展起来的新兴钢种，有着较好的市场前景。
热成形用钢是指用于制备热成形制件的钢，热成形制件可应用于乘用车车身、底盘等零部件，在车身重量几乎没有太大变化情况下，承受力提高了30％，使汽车的刚强度达到全新水准，热成形制件已成为各类高强度板中的佼佼者。
由于热轧酸洗热成形用钢中存在较高的C、Mn等元素，成品带状组织显著偏高，影响产品淬透性。同时，晶间氧化作为热轧酸洗热成形用钢中常见的一种缺陷，较大尺寸的晶间氧化同样限制了产品的进一步使用。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法。
本发明实施例提供一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，包括如下质量分数的化学成分：C：0.18-0.23％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.0-1.3％，P≤0.015％，S≤0.01％，Al：0.08-0.3％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0035％，Cr：0.10-0.30％，Nb：0.01-0.06％，N≤0.006％；其余是Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述热成形用钢的内部显微组织为铁素体+珠光体。
进一步地，所述内部显微组织的带状评级≤2级，晶间氧化厚度≤5μm。
基于同一方案构思，本发明实施例还提供一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，包括：
将含有所述化学成分的钢水进行连铸，获得连铸板坯；
将所述所述连铸板坯进行加热、热轧、层流冷却、卷取、平整和酸洗，获得热轧热成形用钢；
所述热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧的终止温度为1040-1120℃，所述精轧的终止温度为840-880℃。
进一步地，所述钢水的过热度为10-25℃，所述加热中，连铸板坯经加热的出炉温度为1220～1280℃，在炉时间≥180min。
进一步地，所述层流冷却中，前段密集冷却至中间层冷温度为650-690℃，冷却速率≥60℃/s。
进一步地，所述卷取的温度为620-660℃，并放入缓冷坑。
进一步地，所述平整的压下力为200-260吨。
进一步地，所述酸洗中，酸洗温度为65-95℃，酸洗运行速度为120-190m/min。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法，通过对化学成分的控制及轧制、酸洗工艺参数的控制，使得成产出来的热成形用钢微观金相组织为铁素体+珠光体组成，带状评级≤2级，晶间氧化厚度≤5μm。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的实施例1中热成型用钢热处理后的显微组织的图片。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，包括如下质量分数的化学成分：C：0.18-0.23％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.0-1.3％，P≤0.015％，S≤0.01％，Al：0.08-0.3％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0035％，Cr：0.10-0.30％，Nb：0.01-0.06％，N≤0.006％；其余是Fe及不可避免的杂质。
各化学成分分别的作用，及其质量分数按上述取值的原因在于：
C：C是奥氏体元素，C含量的高低很大程度地决定了钢板的抗拉强度级别，是影响碳当量很重要的指标。C含量0.18-0.23％比较合理，其小于0.18％无法满足强度要求，大于0.23％对韧性和焊接性有不良影响。
Si：Si主要起到固溶强化作用，但Si元素过高易在钢板表面形成难以去除的红鳞等缺陷影响表面质量，所以Si含量0.10-0.25％比较合理。
Mn：本发明中利用Mn推迟珠光体转变，提高钢的淬透性，使钢的组织亚结构细化。Mn含量1.0-1.3％，含量过高易形成偏析。
P：钢中P一般固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，用来提高钢的强度，降低钢的韧性，但过高含量的P对焊接性能不利，是有害元素，故应尽量减少磷含量。本发明中P元素含量控制在0.015％以下。
S：S含量和硫化物的形态是影响成形性的主要因素，硫化物的数量越多，尺寸越大，对成形性能越不利，因此本发明中产品S含量控制在0.01％以下。
Al：Al元素在炼钢过程中起脱氧作用，添加过多Al元素会增加不必要的成本。Al元素含量0.08-0.3％比较合理。
Ti：Ti元素能产生强烈的沉淀强化效果。本发明添加0.01-0.05％含量Ti可析出适量的Ti(CN)提高强度。
Nb：Nb可以细化晶粒尺寸，起到细晶强化作用的同时提高韧性。本发明Nb含量0.01-0.06％有利于提高材料的强度和韧性。
Cr：Cr提高材料淬透性，有利于热成形钢淬火后马氏体相变，同时有一定固溶强化作用。本发明Cr含量0.10-0.30％，过低淬透性不好，过高是韧性下降，并增加回火脆性倾向。
B：B元素提高钢的淬透性。本发明B含量0.0010-0.0035％，含量过低作用不明显，含量过高容易产生Fe3(C，B)并产生热脆。
N：N元素会降低塑性韧性，增加板坯开裂风险，不可过高。本发明N含量控制在0.006％以下。
作为一种优选的实施方式，所述热成形用钢的内部显微组织为铁素体+珠光体。
内部显微组织为铁素体+珠光体的作用：
铁素体塑性和韧性好，但是强度和硬度低。珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性较好，强度较高，硬度适中。铁素体+珠光体组织可满足材料强度和韧性的要求。
作为一种优选的实施方式，所述内部显微组织的带状评级≤2级，晶间氧化厚度≤5μm。
带状评级≤2级和晶间氧化厚度≤5μm分别的作用：
带状评级≤2级主要为了保证组织均匀性，从而保证材料的强度、塑性、韧性和成形性，同时带状评级低有利于淬火加热时的完全奥氏体化，从而获得马氏体组织，保证热成形零件的强度和抗弯曲性。
晶间氧化主要发生在材料表面附近，是沿金属或合金晶界优先发生的氧化过程。晶间氧化须控制在5μm以下。晶间氧化厚度过大，材料在成形过程中易产生应力集中从而开裂。晶间氧化还会降低材料的疲劳性能。
根据本发明一种典型的实施方式，还提供一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，包括：
将含有所述化学成分的钢水进行连铸，获得连铸板坯；
将所述所述连铸板坯进行加热、热轧、层流冷却、卷曲、平整和酸洗，获得热轧热成形用钢：
所述热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧的终止温度为1040-1120℃，所述精轧的终止温度为840-880℃。
精轧终止温度过高会造成晶粒粗大，强度下降；过低易在精轧过程中出现铁素体，出现两相区轧制，造成组织不均匀，同时也提高轧制力，增加轧制难度。
作为一种优选的实施方式，所述钢水的过热度为10-25℃，所述加热中，连铸板坯经加热的出炉温度为1220～1280℃，在炉时间≥180min。
钢水过热度过大，会加重铸坯中心偏析，也会造成铸坯裂纹甚至拉漏；过热度过低，易发生水口堵塞，钢水也易被夹杂物污染。
出炉温度过低或在炉时间过短，合金元素不能充分回熔，起不到合金作用。出炉温度过高会造成过烧。
作为一种优选的实施方式，所述层流冷却中，前段密集冷却至中间层冷温度为650-690℃，冷却速率≥60℃/s。
中间层冷温度小于690℃同时保证冷却速率≥60℃/s主要为了限制碳元素的扩散，从而减少带状组织。同时中间层冷温度也不应过低，否则冷速过快，形成贝氏体。
作为一种优选的实施方式，所述卷取的温度为620-660℃。
卷取温度过高会加重晶间氧化，过低会形成贝氏体。
作为一种优选的实施方式，所述平整的压下力为200-260吨。
压下力过小无法有效改善相关板形缺陷，压下力过大造成加工硬化，降低材料塑性和韧性。
作为一种优选的实施方式，所述酸洗中，酸洗温度为65-95℃，酸洗运行速度为120-190m/min。
酸洗温度过低或运行速度过快会造成欠酸洗，导致钢板表面铁皮残留。酸洗温度过高或运行速度过慢，会造成过酸洗，酸液腐蚀钢板基体，导致钢板表面麻坑缺陷。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高抗弯曲性热轧热成形用钢及其制备方法进行详细说明。
实施例1
本发明实施例提供了一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，其化学成分按照重量百分数计为：C 0.22％，Si 0.15％，Mn 1.3％，P 0.014％，S 0.008％，Al 0.1％，Ti 0.02％，B0.0030％，Cr 0.25％，Nb 0.03％，N 0.004％，其余是Fe及不可避免杂质。
其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧、平整和酸洗。其中，钢水过热度20℃。热轧出炉温度控制为1260℃，在炉时间220分钟。粗轧终止温度控制为1080℃，精轧终止温度控制为860℃；轧后采用前段冷却工艺冷却至中间层冷温度680℃，冷却速率80℃/S，630℃卷取成卷，放入缓冷坑，后经平整、酸洗后获得成品，生产出具有高抗弯曲性热成形钢。
本实施例最终生产出来的热成形用钢微观金相组织为铁素体+珠光体组成，带状评级2级，晶间氧化厚度5以m。
实施例2
本发明实施例提供了一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，其化学成分按照重量百分数计为：C 0.23％，Si 0.18％，Mn 1.1％，P 0.013％，S 0.008％，Al 0.1％，Ti 0.02％，B0.0025％，Cr 0.15％，Nb 0.02％，N 0.004％，其余是Fe及不可避免杂质。
其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧、平整和酸洗。其中，钢水过热度15℃。热轧出炉温度控制为1240℃，在炉时间250分钟。粗轧终止温度控制为1060℃，精轧终止温度控制为850℃；轧后采用前段冷却工艺冷却至中间层冷温度650℃，冷却速率70℃/S，620℃卷取成卷，放入缓冷坑，后经平整、酸洗后获得成品，生产出具有高抗弯曲性热成形钢。
本实施例最终生产出来的热成形用钢微
观金相组织为铁素体+珠光体组成，带状评级1.5级，晶间氧化厚度4μm。
实施例3
本发明实施例提供了一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，其化学成分按照重量百分数计为：C 0.2％，Si 0.2％，Mn 1.2％，P 0.010％，S 0.006％，Al 0.2％，Ti 0.025％，B0.0035％，Cr 0.2％，Nb 0.04％，N 0.005％，其余是Fe及不可避免杂质。
其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧、平整和酸洗。其中，钢水过热度25℃。热轧出炉温度控制为1230℃，在炉时间230分钟。粗轧终止温度控制为1080℃，精轧终止温度控制为880℃；轧后采用前段冷却工艺冷却至中间层冷温度690℃，冷却速率80℃/S，650℃卷取成卷，放入缓冷坑，后经平整、酸洗后获得成品，生产出具有高抗弯曲性热成形钢。
本实施例最终生产出来的热成形用钢微观金相组织为铁素体+珠光体组成，带状评级2级，晶间氧化厚度5μm。
对比例1
与实施例1相比，区别在于：未加入Nb元素。
对比例2
与实施例1相比，区别在于：中间层冷温度为700℃，卷取温度670℃。带状评级2.5级，晶间氧化厚度8μm。
相关实验：
将实施例1-3和对比例1-2制得的热轧热成形用钢热处理前后进行性能检测，测试结果如表1所示。
测试方法如下：
抗拉强度的测试：采用横向静态拉伸实验。
屈服强度的测试：采用横向静态拉伸实验。
延伸率的测试：采用横向静态拉伸实验。
抗弯曲性的测试：采用静态三点弯曲实验，对试样施加弯曲力，到规定行程，试样不开裂，测算弯曲能量。弯曲能量越大，抗弯曲性越好。
表1
Figure BDA0002742854410000061
Figure BDA0002742854410000071
从表1可以看出，实施例1-3在热处理前后的屈服强度、抗拉强度、延伸率以及热处理后的弯曲能量都高于对比例1-2。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，其特征在于，所述热轧热成形用钢包括如下质量分数的化学成分：C：0.18-0.23％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.0-1.3％，P≤0.015％，S≤0.01％，Al：0.08-0.3％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0035％，Cr：0.10-0.30％，Nb：0.01-0.06％，N≤0.006％；其余是Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，其特征在于，所述热成形用钢的内部显微组织为铁素体+珠光体。
3.根据权利要求2所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢，其特征在于，所述内部显微组织的带状评级≤2级，晶间氧化厚度≤5μm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，包括：
将含有所述化学成分的钢水进行连铸，获得连铸板坯；
将所述所述连铸板坯进行加热、热轧、层流冷却、卷取、平整和酸洗，获得热轧热成形用钢；
所述热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧的终止温度为1040-1120℃，所述精轧的终止温度为840-880℃。
5.根据权利要求4所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，所述钢水的过热度为10-25℃，
所述加热中，连铸板坯经加热的出炉温度为1220～1280℃，在炉时间≥180min。
6.根据权利要求4所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，所述层流冷却中，前段密集冷却至中间层冷温度为650-690℃。
7.根据权利要求4所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，所述层流冷却中，冷却速率≥60℃/s。
8.根据权利要求4所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，所述卷取的温度为620-660℃。
9.根据权利要求4所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，所述平整的压下力为200-260吨。
10.根据权利要求5所述的一种高抗弯曲性热轧热成形用钢的制备方法，其特征在于，所述酸洗中，酸洗温度为65-95℃，酸洗运行速度为120-190m/min。
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