CN113913671A - 一种用于热成形的抗高温氧化冷轧钢板及其生产制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于热成形的抗高温氧化冷轧钢板及其生产制造方法,成分:C:0.18‑0.25%,Si:0.6‑1.8%,Cr:1.5‑2.5%,Mn:0.5‑1.5%,Nb+V+Ti:0.04‑0.10%且Ti≤0.04%,Al:0.04‑0.06%,P≤0.02%、S≤0.01%,余量为Fe。与现有技术相比,本发明在热成形过程中出加热炉后钢板表面迅速形成一层厚度不超过2μm薄且致密的氧化层,该氧化层结构致密且粘附性好,冲压成零件后可免去抛丸处理,提升零件尺寸精度,环境友好且成本优势明显。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域,具体涉及一种适用于热成形的抗高温氧化钢板及其生产制造方法。
背景技术
节能、环保、安全是当今汽车工业发展面临三大挑战。实施汽车轻量化可在不牺牲安全性能的前提下减轻车身重量、降低能源消耗。同时,轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。在汽车轻量化选材中,高强钢的应用是主要途径之一。但是随着汽车用钢的强度越来越高,尤其是超高强度钢板的使用给汽车零部件的生产带来了越来越大的挑战。因为一般强度越高,塑性就越差,变形就不易,零件的冲压就越困难,外强度越高,对模具的损害也越严重,生产的成本也会大大提高。因此热成形钢和热成形技术得到了越来越多的应用。
热成形钢技术是指将钢板加热到完全奥氏体化(一般900℃以上)之后一次成形,又迅速冷却从而轻松获得强度1500MPa以上的超高强零件,相对于传统的汽车用钢将实现减重30%以上。对于热成形钢材料,目前市场上主要的是利用B元素增加淬透性的热成形硼钢,如22MnB5、34MnB5等。传统无镀层热成形钢产品目前国内外大型钢企均已具备批量生产能力,但该类产品热成形后发生表面氧化,形成一层厚厚的氧化层,需要后续抛丸处理祛除。为了应对加热后氧化问题,也已开发了带镀层热成形钢产品,如铝硅涂层热成形钢、锌基镀层热成形钢等,但带来了零件成本的大幅上升。
经检索,2020年1月3日公开的专利CN201911033180.2提供热冲压成形用抗氧化超高强钢板及其低温热成形工艺,该钢的化学成分(wt.%)为:C:0.20~0.35%,Mn:6~8%,Cr:2~5%,Nb+V:0.05~0.3%的Nb+V,Si:0.3~0.8%,Al:0.1~0.8%的Al和余量Fe。该钢板热成形加热温度可在720~770℃且热成形中钢板氧化增重<0.5g/m2,氧化层厚度≤2.5μm,经热成形后屈服强度≥1400MPa,抗拉强度≥1700MPa,总延伸率≥11%,在较高的780~900℃加热成形中钢板氧化增重≤6.5g/m2,氧化层厚度≤1 8.7μm,成形后钢板抗拉强度≥1880MPa,总延伸率≥14%,可用于汽车安全结构件及其他高强韧构件。实现了节能降耗,低温热成形并防氧化,可以不用涂镀目前应用的防氧化铝硅涂层,降低了成本,明显提高了热成形钢板的力学性能。但是,该钢中加入了6%-8%的Mn,属于中Mn钢的范畴。批量生产时在炼钢和连铸工序存在较大的困难,而且造成成品焊接性能的降低,且组织均匀性差,冷弯性能不足。另外,其低温热成形工艺与现有热成形工艺差异较大,无法与现有装备工艺匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于热成形的抗高温氧化钢板及其生产制造方法,针对传统无镀层热成形钢表面氧化以及镀层热成形钢零件成本偏高的问题,开发了一种用于热成形的抗高温氧化钢板。该产品在热成形过程中出加热炉后钢板表面迅速形成一层薄且致密的氧化层,该氧化层结构致密且粘附性好,冲压成零件后可免去抛丸处理,提升零件尺寸精度,环境友好且成本优势明显。
本发明具体技术方案如下:
一种适用于热成形的抗高温氧化钢板,包括以下质量百分比成分:
C:0.18-0.25%,Si:0.6-1.8%,Cr:1.5-2.5%,Mn:0.5-1.5%,Nb+V+Ti:0.04-0.10%且Ti≤0.04%,Al:0.04-0.06%,P≤0.02%、S≤0.01%,余量为Fe。
所述适用于热成形的抗高温氧化钢板,在热成形900℃以上加热时,钢板表面形成一层不大于2μm的致密氧化膜。
本发明提供的一种适用于热成形的抗高温氧化钢板的生产制造方法,包括以下工艺流程:
冶炼→连铸→热轧→EPS表面处理→酸洗→冷轧→罩式退火→平整→成品。
所述冶炼:适用于转炉、电炉和感应炉冶炼;
所述连铸:采用连铸生产铸坯,为保证铸坯质量可投用动态轻压下和电磁搅拌***,降低中心疏松和组织偏析风险;
所述热轧:铸坯加热温度1150-1200℃,保温2-3小时,由粗轧机进行5-7道次轧制,热轧至30-50mm中间坯,由热连轧机组进行5-7道次轧制,终轧温度850-890℃,轧至目标厚度后在650-750℃范围内进行卷取成钢卷,因成分中加入了淬透性元素Cr,为降低热轧卷强度和改善板宽方向性能均匀性,提高材料的可轧性,需对卷取后的钢卷送入保温罩进行缓慢冷却,入保温罩温度不低于550℃,保温罩处理时间不少于8小时,缓慢冷却速度小于0.5℃/min;
所述EPS表面处理:为提升表面清理效果,采用“棱角颗粒”磨料,磨料尺寸0.3~0.7mm之间。喷射速度不小于40m/s,带钢处理速度≤30m/min,优选的10~20m/min;保证热轧氧化铁皮清除效果。
所述酸洗:酸洗速度50-200m/min,抑制剂浓度0.5‰-2‰;采用低速酸洗以提升酸洗效果,同时为避免过酸洗提升抑制剂浓度;
所述冷轧:冷轧压下率为40-60%,轧至目标厚度;
所述罩式退火:采用CQ级退火曲线进行退火处理,冷点温度600-700℃;
所述平整:采用大平整延伸率提升材料表面粗糙度,平整延伸率≥0.8%,成品粗糙度目标值1.0μm-3.0μm。
本发明成分设计思路为:
C:碳是提高马氏体强度的主要元素,碳含量过低钢板强度不足,碳含量过高将会对焊接性能不利。本发明中C的成分控制在0.18-0.25%。
Si与Cr:硅是优先氧化元素,且扩散系数较高。Si与Cr容易在钢板表面发生伴生富集。在900℃-1100加热时主要发生表面元素富集氧化。表面富集的Si与Cr首先发生氧化并在界面平铺生长,形成一层连续的致密氧化膜(SiO2和Cr2O3),可以隔绝氧气,起到抗氧化作用。同时,Cr元素可显著提升材料的淬透性,扩大热成形冷却工艺窗口。本发明优选的Si含量控制在0.6-1.8%,Cr含量控制在1.5-2.5%。
Mn:添加Mn元素含量能降低Ac1和Ac3温度,可降低热成形过程中的加热温度,同时提高材料淬透性以及作为固溶强化元素提高材料强度。Mn含量过高会加重钢的组织偏析形成带状组织,且导致成本较高,加工困难。本发明Mn重量百分比含量控制在0.5-1.5%。
Nb+V+Ti:可选择性添加Nb、V、Ti三种微合金元素中的其中一至三种,目的是通过在轧制、退火和热处理过程中析出弥散分布的细小析出物,一方面细化晶粒,提高韧性。另外,Ti的添加量不宜过多,以防止大颗粒TiN析出影响材料任性。本发明中Nb+V+Ti:0.04-0.10%且Ti≤0.04%。
Al:在冶炼时加入微量的铝可以进行脱氧,但过多的Al会在连铸时阻塞喷嘴,增加连铸的难度,因此Als含量宜控制在0.04-0.06%。
P、S:为减少钢中有害杂质对钢的冲压性能的不良影响,严格控制钢中的P、S的含量。本发明中P≤0.02%、S≤0.01%。
本发明在材料设计方面,通过添加Cr、Si的全新热成形钢成分设计,在保证热成形后组织为全马氏体、强度达到1500MPa的同时,热成形后表面形成一层不大于2μm的致密氧化层,对基体起到保护作用,具备优良的高温耐蚀性能。热成形后省去抛丸处理工序,环境友好且降低成本。
在工艺设计方面,针对材料热轧后表面的致密氧化层,通过增加环保无酸除锈(EPS)工艺,配合后续低速酸洗工艺,将原材料基体氧化层厚度降低到最低,同时通过平整工艺提升材料粗糙度,以保证材料在热成形后具备优良的涂装和焊接性能。
与现有技术相比,本发明添加Cr、Si的全新热成形钢成分设计,在热成形900℃以上加热时,钢板表面形成一层不大于2μm的致密氧化膜(SiO2和Cr2O3),对基体起到防止高温氧化的保护作用,具备优良的高温耐蚀性能。热成形后省去抛丸处理工序,环境友好且降低成本。为了获得较好的耐高温氧化的效果,本发明成分中添加了一定的Si、Cr元素,这导致热轧卷板宽方向力学性能差异较大(边部冷却快,强度偏高),本发明通过对热轧卷中间品增加保温罩处理,降低了热轧卷强度、改善了热轧板组织和性能均匀性,解决了因Cr、Si元素添加导致热轧卷强度过高和边部硬化问题。另外,因该成分钢种具有耐氧化和耐腐蚀的特性,导致生产过程中热轧卷表面氧化铁皮较难去除,本发明通过增加EPS表面处理工艺,配合后续低速酸洗工艺,将原材料基体氧化层厚度降低到最低,解决了原材料生产过程中氧化铁皮难以去除的问题。通过平整工艺提升原材料粗糙度,保证材料在热成形后具备优良的涂装和焊接性能。
附图说明
图1为发明抗高温氧化钢工艺流程示意图;
图2为本发明热轧卷表面形貌宏观照片;
图3为本发明热轧卷EPS处理后表面形貌宏观照片;
图4为酸洗后表面宏观形貌照片;
图5为冷轧后表面宏观形貌照片;
图6为成品(退火平整后)表面形貌宏观照片;
图7为本发明冷轧热成形钢与传统冷轧热成形钢(22MnB5)热成形后表面宏观形貌对比;
图8为本发明热成形钢与传统冷轧热成形钢(22MnB5)热成形后表面微观形貌对比;
图9为本发明热成形钢与传统冷轧热成形钢(22MnB5)热成形后氧化层厚度对比。
图10为对比例2未采用保温罩处理的热轧卷板宽方向力学性能。
图11为对比例2未采用保温罩处理的热轧卷酸轧开裂照片(边裂长度达到70mm)。
具体实施方式
实施例1-实施例3
一种适用于热成形的抗高温氧化钢板,包括以下质量百分比成分:如表1所示,表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例1-实施例3适用于热成形的抗高温氧化钢板的生产制造方法,包括以下工艺流程:冶炼→连铸→热轧→EPS表面处理→酸洗→冷轧→罩式退火→平整→成品。具体工艺控制如下:
1)炼钢与连铸:适用于转炉、电炉和感应炉冶炼,采用连铸生产铸坯,浇注过程中投用电磁搅拌和动态轻压下装置,降低中心疏松和组织偏析风险;
2)铸坯加热温度1150-1200℃,保温2-3小时,由粗轧机进行5-7道次轧制,热轧至30-50mm中间坯,由热连轧机组进行5-7道次轧制,终轧温度850-890℃,轧至目标厚度后在650-750℃范围内进行卷取成钢卷,随后将卷取后的钢卷送入保温罩进行缓慢冷却,入保温罩温度不低于550℃;保温罩处理时间不少于8小时,缓慢冷却速度小于0.5℃/min;
3)EPS表面处理:为提升表面清理效果,采用“棱角颗粒”磨料,磨料尺寸0.3~0.7mm之间。喷射速度不小于40m/s,带钢处理速度≤30m/min;
4)酸洗:酸洗速度50-200m/min,抑制剂浓度0.5‰-2‰;采用低速酸洗以提升酸洗效果,同时为避免过酸洗提升抑制剂浓度。
5)冷轧:冷轧压下率为40-60%,轧至目标厚度;
6)罩退:采用CQ级退火曲线进行退火处理,冷点温度600-700℃;
7)平整:采用大平整延伸率提升材料表面粗糙度,平整延伸率≥0.8%,成品粗糙度目标值1.0μm-3.0μm。
8)热成形:采用常规930℃保温2分钟热成形工艺前后,材料实测产品性能如表3所示。
实施例1-实施例3按照上述方法进行生产,具体工艺参数如表2所示。
对比例1
常规冷轧热成形钢,包括以下质量百分比成分:如表1所示,表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。与本发明的区别在于Si和Cr的添加量交低,通过微量B的添加提高材料的淬透性。但热成形后表面存在松厚易脱落的氧化铁皮,需要对热冲压后的零件进行抛丸处理除去氧化铁皮才能满足零部件的焊接、涂装等要求。
对比例1所示钢板的生产方法同本发明实施例,区别在于各工艺参数控制,如表2所示。
对比例2
对比例2为用于热成形钢的抗高温氧化钢板,化学成分实施例1相同,但热轧后未采用保温罩处理,导致热轧卷边部100mm以内强度过高,酸轧过程中出现严重边裂,无法进行后续生产。
表1实施例化学成分
表2实施例生产工艺参数
表3实施例成品性能
本发明产品在热成形过程中出加热炉后钢板表面迅速形成一层薄且致密的氧化层,该氧化层结构致密且粘附性好,冲压成零件后可免去抛丸处理,提升零件尺寸精度,环境友好且成本优势明显。
Claims (10)
1.一种用于热成形的抗高温氧化冷轧钢板,其特征在于,所述适用于热成形的抗高温氧化钢板包括以下质量百分比成分:
C:0.18-0.25%,Si:0.6-1.8%,Cr:1.5-2.5%,Mn:0.5-1.5%,Nb+V+Ti:0.04-0.10%且Ti≤0.04%,Al:0.04-0.06%,P≤0.02%、S≤0.01%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的适用于热成形的抗高温氧化钢板的生产制造方法,其特征在于,所述生产制造方法包括以下工艺流程:
冶炼→连铸→热轧→EPS表面处理→酸洗→冷轧→罩式退火→平整→成品。
3.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,所述热轧:铸坯加热温度1150-1200℃,保温2-3小时。
4.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,所述热轧:由粗轧机进行5-7道次轧制,热轧至30-50mm中间坯,由热连轧机组进行5-7道次轧制,终轧温度850-890℃,轧至目标厚度后在650-750℃范围内进行卷取成钢卷。
5.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,热轧后,将卷取后的钢卷送入保温罩进行缓慢冷却,入保温罩温度不低于550℃;保温罩处理时间不少于8小时,缓慢冷却速度小于0.5℃/min。
6.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,EPS表面处理是指:采用棱角颗粒磨料,磨料尺寸0.3-0.7mm之间;喷射速度不小于40m/s,带钢处理速度≤30m/min。
7.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,所述酸洗:酸洗速度50-200m/min,抑制剂浓度0.5‰-2‰。
8.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,所述冷轧:冷轧压下率为40-60%。
9.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,所述罩式退火:采用CQ级退火曲线进行退火处理,冷点温度600-700℃。
10.根据权利要求2所述的生产制造方法,其特征在于,所述平整:平整延伸率≥0.8%,成品粗糙度目标值1.0μm-3.0μm。
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CN114934228A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-23 | 湖南华菱涟源钢铁有限公司 | 一种热成形钢板及其生产方法 |
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CN106811681A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-09 | 北京科技大学 | 一种无b热成形钢的制备方法 |
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CN112251669A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-22 | 鞍钢股份有限公司 | 2000MPa级热冲压车轮轮辐用热轧钢板及其制造方法 |
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2021
- 2021-10-29 CN CN202111285931.7A patent/CN113913671A/zh active Pending
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Title |
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本书编辑委员会编: "《钢铁工业节能减排新技术5000问.下.轧钢***分册》", 31 July 2009, 中国科学技术出版社 * |
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