CN115094329A - 一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板及其制备方法 - Google Patents

一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板及其制备方法，属于冶金技术领域。本发明采用超低碳钢+“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与N结合提高晶界强度，通过控制化学成分范围、热轧加热温度、终轧温度、卷取温度、冷轧压下率、退火温度等工艺措施，有效提高了钢板的抗二次加工脆性能，生产后的成品完全符合220MPa级高强度热镀锌钢板的各项指标要求，具有良好的推广使用前景。

Description

一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板及其制备 方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板及其制备方法。
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，乘用车零部件越来越多地使用高强度热镀锌薄钢板。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高强IF热镀锌钢(即无间隙原子高强度热镀锌钢板)既具有高强度，又具有非常好的冲压成形性能及耐腐蚀性能，通常用来制作需要深冲压的复杂部件，已经在乘用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，提出了屈服强度220MPa级成形性能优良且具有良好的抗二次加工脆性的高强度热镀锌钢板使用需求，主要技术指标：Rel220-280MPa，Rm 340-410MPa，A50mm≥32％，n90≥0.17、r90≥1.50；220MPa级高强度热镀锌钢板用于加工乘用车的内部结构件或外部结构件(汽车面板)。钢板的主要技术要求：足够的强度和塑性；良好的成形性能；低的力学性能各向异性；良好的抗二次加工脆性。
220MPa级高强度热镀锌钢板的化学成分设计通常采用超低C-Si-Mn-P-Ti系微合金钢，其中，C含量≤0.0040％，Si含量为0.10-0.25％，P含量为0.035％-0.050％，Ti含量为0.050％-0.060％，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-热镀锌。常规生产方法以某厂1780mm汽车板专用连退生产线为例，一般采用较高的冷轧压下率(≥80％)、高退火温度(830-850℃)、较快的一次冷却速度(HGJC，50℃/S)、热镀锌温度(455-465℃)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。然而，制备获得一种力学性能稳定、各向异性小、镀层抗粉化能力强、良好的抗二次加工脆性的220MPa级高强度热镀锌钢板的相关研究还未见报道。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供了一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板及其制备方法。本发明采用超低碳钢+“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与N结合提高晶界强度)，生产过程通过控制化学成分范围、热轧加热温度、终轧温度、卷取温度、冷轧压下率、退火温度等工艺措施，经生产后，成品检验结果表明通过该方法生产的220MPa级高强度热镀锌钢板的力学性能稳定、平面各向异性差小、镀层抗粉化能力强、抗二次加工脆性能力良好。
本发明目的是通过以下方式实现：
本发明提供一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板，其组分及重量百分比含量(wt.％)为C：≤0.0035、Si：0.05～0.15、Mn：0.30～0.50、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.035～0.055、S：0～0.012、B：0.0005～0.0020、Als：0.020～0.060，其余为Fe。
进一步的，所述的高强度热镀锌汽车钢板组分及重量百分比含量(wt.％)为C：≤0.0034、Si：0.08～0.15、Mn：0.35～0.45、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.036～0.050、S：0～0.012、B：0.0005～0.0015、Als：0.020～0.060，其余为Fe。
进一步的，所述的高强度热镀锌汽车钢板的微观组织结构为铁素体，铁素体晶粒度8.5-10.5级；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。铁素体采用本领域技术人员公知的方法测得，例如GB/T 6394金相法。
本发明另一方面提供上述的高强度热镀锌汽车钢板的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：以高炉铁水提钒后的半钢作为原料，加入炼钢辅料熔炼至1680℃以上，出钢到钢水罐，出钢过程中加入钢水总重0.3％的低碳锰铁合金预脱氧；
(2)LF精炼：对钢水罐进行底吹氩气处理，LF处理终止温度1625-1645℃；
(3)RH真空精炼：对步骤(2)得到的钢水进行终脱氧、合金化和成分微调，出站温度1595-1620℃，得到钢水的组分及重量百分比含量(wt.％)为C：≤0.0035、Si：0.05～0.15、Mn：0.30～0.50、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.035～0.055、S：0～0.012、B：0.0005～0.0020、Als：0.020～0.060，其余为Fe；
(4)连铸：步骤(3)得到的钢水流入结晶器进行连续浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯；
(5)热轧：步骤(4)得到的钢坯出炉轧制温度为1205-1240℃(消除枝晶偏析、控制原始奥氏体晶粒尺寸)，粗轧温度为1140-1200℃，精轧终轧温度900-960℃；冷却方式采用轧后前段水冷，卷取温度为700～760℃，得到钢带；
(6)酸轧：步骤(5)得到的钢带经过矫直、酸洗、碱洗、干燥、切边后进行连续轧制，冷轧压下率为65-75％；
(7)热镀锌：钢带热镀锌再结晶退火温度为815-835℃，热镀锌温度为450-465℃，二次冷却段终冷温度≤100℃，光整延伸率为0.2-1.00％，拉矫延伸率为0-0.6％。
进一步地，步骤(1)中熔炼温度为1685-1700℃。
进一步地，步骤(2)中底吹氩气处理的氩气压力200～400Pa，时间为1-10分钟，氩气流量以钢水不大翻为准。
进一步地，步骤(4)中连续浇铸过程中采用保护渣进行保护浇铸。
进一步地，步骤(5)中精轧轧制道次为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为43～37毫米、37～26毫米、26～18毫米、18～11毫米、11～7毫米、7～5毫米和5～3.50毫米。
进一步地，步骤(5)中冷却的降温速度为10-30℃/s。
进一步地，步骤(5)中酸轧后钢带的厚度至0.5-1.5毫米。
进一步地，步骤(5)中卷取温度为710-730℃。
本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：
(1)本发明在生产过程通过控制化学成分范围、热轧加热温度、终轧温度、卷取温度、冷轧压下率、退火温度等工艺措施，获得的钢带成品：Rel 220-280MPa，Rm340-410MPa，A50mm≥32％，n90≥0.17、r90≥1.50，综合性能优良，本发明生产的高强度热镀锌汽车钢板的性价比高，推广使用前景良好。
(2)本发明有效克服了常规工艺技术在高温区易形成FeTiP相(不利于促进有利成形的{111}织构的发展)以及Ti原子析出后弱化间隙原子去除效果从而影响钢的深冲性能等不足。
(3)采用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(二次加工脆化温度SWET值为-40℃以下)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。
图1为抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板显微组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。
本发明的220MPa级高强度热镀锌冲压用汽车钢板的生产方法工艺流程如下：转炉冶炼→LF精炼→RH真空处理→连铸→热轧→冷却→卷取→酸轧→连续热镀锌→光整→拉矫→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。转炉冶炼工序采取的技术为本领域技术人员公知的方法。
LF精炼工序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1625～1645℃；LF精炼工序采取的技术为本领域技术人员公知的方法。
RH精炼工序进行钢水终脱氧、合金化和成分微调，处理时间20～35分钟，出站温度1590～1610℃；RH精炼工序采取的技术为本领域技术人员公知的方法。本发明为了保证钢水的化学成分均匀，脱氧合金化后RH真空室钢水循环时间5～8分钟，真空度≤2.0mbar。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；得到钢水，组分(以钢水总重量为基准，以单质计，wt.％)为C：≤0.0034、Si：0.08～0.15、Mn：0.35～0.45、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.036～0.050、S：0～0.012、B：0.0005～0.0015、Als：0.020～0.060，其余为Fe。
连续浇铸步骤采用本领域技术人员公知的方法，本发明方法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。
热轧的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后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。
本发明钢坯加热步骤温度为1205～1240℃，时间为1.2～1.8小时；热轧步骤的初轧温度为1140～1200℃，终轧温度为900～960℃；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。
冷却步骤可以采用各种常规的方法。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。例如，所述冷却的速度为10～30℃/s，冷却至卷取温度700℃～760℃。
酸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、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。
连续热镀锌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热镀锌机组入口经焊接后组成连续钢带，经过表面连续清洗、干燥后进行连续热镀锌退火，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、缓冷、快速冷却、热镀锌、镀后冷却，随后进行在线光整、拉矫、在线检查、分卷。其中退火温度815℃-830℃，热镀锌温度为455-465℃，二次冷却终冷温度≤100℃，光整延伸率0.20～1.00％，拉矫延伸率0～0.60％。所述步骤可以采用本领域技术人员公知的方法和技术。
本发明的220MPa级高强度热镀锌钢板中化学成分的检测方法参考GB/T4336碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法和GB/T 20126-2006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。
实施例1
一种抗二次加工脆性优良的220MPa级高强度热镀锌钢板的制备方法，主要包括以下步骤：
a、冶炼钢水：冶炼设备为顶吹转炉，以高炉铁水提钒后的半钢作为原料，温度1370℃，加入炼钢辅料熔炼至1685℃出钢到钢水罐，出钢1/3时加入占钢水总量0.3％约1000Kg的低碳锰铁合金预脱氧；
b、LF电加热：随后在炉外平台对钢水罐进行底吹氩气处理，氩气压力200～400Pa，时间为4分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，LF处理终止温度1634℃；
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1608℃。得到钢水，组分(以钢水总重量为基准，以单质计，wt.％)为C：0.0025、Si：0.12、Mn：0.42、Nb：0.031、Ti：0.035、N：0.0032、P：0.047、B：0.0012、S：0.002、Als：0.041，其余为Fe；
d、连铸：钢水罐转运至浇铸位置，钢水罐的底部滑动水口Al质塞棒，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：钢坯出炉轧制温度为1235℃(消除枝晶偏析、控制原始奥氏体晶粒尺寸)，粗轧温度为1168℃，精轧终轧温度935℃；冷却方式采用轧后前段水冷，卷取温度726℃；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43～37毫米、37～26毫米、26～18毫米、18～11毫米、11～7毫米、7～5毫米和5～3.50毫米，得到钢带；
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、热镀锌：钢带热镀锌再结晶退火温度828℃，热镀锌温度为458℃，二次冷却段终冷温度90℃，光整延伸率0.6％，拉矫延伸率0.2％。
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Rel、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；钢板的抗二次加工脆性测试方法按照GB/T 24173钢板二次加工脆化试验方法进行。
成品屈服强度(Rel)为251MPa，抗拉强度(Rm)为386MPa，延伸率(A50mm)为39.5％，n90为0.22、r90为2.20，二次加工脆化温度SWET值≤-60℃，符合220MPa级高强度热镀锌冲压用钢板的技术条件要求。
实施例2
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于得到的钢水成分(以钢水总重量为基准，以单质计，wt.％)为C：0.0030、Si：0.12、Mn：0.39、Nb：0.033、Ti：0.038、N：0.0030、P：0.046、B：0.0010、S：0.005、Als：0.027，其余为Fe。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727℃，热轧厚度4.10mm，酸轧厚度1.4mm，热镀锌退火温度824℃，热镀锌温度为460℃，二次冷却段终冷温度90℃，光整延伸率0.7％，拉矫延伸率0％。
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Rel、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；钢板的抗二次加工脆性测试方法按照GB/T 24173钢板二次加工脆化试验方法进行。
成品屈服强度(Rel)为246MPa，抗拉强度(Rm)为388MPa，延伸率(A50mm)为37.5％，n90为0.21、r90为2.05，二次加工脆化温度SWET值≤-60℃，符合220MPa级高强度热镀锌冲压用钢板的技术条件要求。
对比例1
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于得到的钢水成分(以钢水总重量为基准，以单质计，wt.％)为C：0.0025，Si：0.02，Mn：0.20、Nb：0.031、Ti：0.030、N：0.0025、P：0.010、S：0.002、Als：0.029，其余为Fe。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932℃，卷取温度为735℃，热轧厚度3.75mm，酸轧厚度1.0mm。热镀锌退火温度832℃，热镀锌温度为455℃，二次冷却段终冷温度94℃，光整延伸率0.6％，拉矫延伸率0％。
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Rel、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；钢板的抗二次加工脆性测试方法按照GB/T 24173钢板二次加工脆化试验方法进行。
成品屈服强度(Rel)为210MPa，抗拉强度(Rm)为335MPa，延伸率(A50mm)为44.0％，n90为0.23、r90为2.35，二次加工脆化温度SWET值为-30℃，力学性能不符合220MPa级高强度热镀锌冲压用钢板的技术条件要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种抗二次加工脆性优良的高强度热镀锌汽车钢板，其特征在于，其组分及重量百分比含量(wt.％)为C：≤0.0035、Si：0.05～0.15、Mn：0.30～0.50、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.035～0.055、S：0～0.012、B：0.0005～0.0020、Als：0.020～0.060，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的高强度热镀锌汽车钢板，其特征在于，所述的高强度热镀锌汽车钢板组分及重量百分比含量(wt.％)为C：≤0.0034、Si：0.08～0.15、Mn：0.35～0.45、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.036～0.050、S：0～0.012、B：0.0005～0.0015、Als：0.020～0.060，其余为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的高强度热镀锌汽车钢板，其特征在于，所述的高强度热镀锌汽车钢板的微观组织结构为铁素体，铁素体晶粒度8.5-10.5级。
4.权利要求1-3任一项所述的高强度热镀锌汽车钢板的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：以高炉铁水提钒后的半钢作为原料，加入炼钢辅料熔炼至1680℃以上，出钢到钢水罐，出钢过程中加入钢水总重0.1～1.0％的低碳锰铁合金预脱氧；
(2)LF精炼：对钢水罐进行底吹氩气处理，LF处理终止温度1625-1645℃；
(3)RH真空精炼：对步骤(2)得到的钢水进行终脱氧、合金化和成分微调，出站温度1595-1620℃，得到钢水的组分及重量百分比含量(wt.％)为C：≤0.0035、Si：0.05～0.15、Mn：0.30～0.50、Nb：0.025～0.035、Ti：0.030～0.045、N：0.002～0.005、P：0.035～0.055、S：0～0.012、B：0.0005～0.0020、Als：0.020～0.060，其余为Fe；
(4)连铸：步骤(3)得到的钢水流入结晶器进行连续浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯；
(5)热轧：步骤(4)得到的钢坯出炉轧制温度为1205-1240℃，粗轧温度为1140-1200℃，精轧终轧温度900-960℃；冷却方式采用轧后前段水冷，卷取温度为700～760℃，得到钢带；
(6)酸轧：步骤(5)得到的钢带经过矫直、酸洗、碱洗、干燥、切边后进行连续轧制，冷轧压下率为65-75％；
(7)热镀锌：钢带热镀锌再结晶退火温度为815-835℃，热镀锌温度为450-465℃，二次冷却段终冷温度≤100℃，光整延伸率为0.2-1.00％，拉矫延伸率为0-0.6％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中熔炼温度为1685-1700℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中底吹氩气处理的氩气压力200～400Pa，时间为1-10分钟，氩气流量以钢水不大翻为准。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中连续浇铸过程中采用保护渣进行保护浇铸。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中精轧轧制道次为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为43～37毫米、37～26毫米、26～18毫米、18～11毫米、11～7毫米、7～5毫米和5～3.50毫米。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中冷却的降温速度为10-30℃/s。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中酸轧后钢带的厚度至0.5-1.5毫米；卷取温度为710-730℃。
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CN111218608A (zh) * 2020-03-03 2020-06-02 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高强度热镀锌冲压用汽车结构钢板及其生产方法

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