CN116287991A

CN116287991A - 一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢及其制造方法

Info

Publication number: CN116287991A
Application number: CN202310189232.5A
Authority: CN
Inventors: 谷海容; 卢茜倩; 马聪; 刘阳; 崔磊; 张军; 计遥遥
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2023-02-27
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本发明公开了一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢及其制造方法，属于热轧酸洗钢技术领域。本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.05％～0.1％，Si:0％～0.4％，Mn:1.2％～1.6％，Mo:0.1％～0.2％，Nb:0.02％～0.04％，Ti:0.1％～0.2％，Cr:0.1％～0.4％；B:0.0005％～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢及其制造方法，通过工艺与合金元素的有效结合，对组织进行调控处理，使表现出优异的强度、塑性和扩孔性匹配，同时通过低碳、添加Cr、B及Nb+Ti微合金设计，解决扩孔钢的焊接问题，制备出焊接性优异的高扩孔钢。

Description

一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢及其制造方法

技术领域

本发明属于热轧酸洗钢技术领域，更具体地说，涉及一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢及其制造方法。

背景技术

汽车工业的快速发展与其排放对环境污染的矛盾日益突出，油价的不断上涨使消费者对低油耗的呼声日益高涨，油耗指标成为购车者重要的参考依据。实现汽车轻量化主要途径：一是使用高强度钢替代普通钢材，降低钢板厚度，从而减轻零件质量；二是优化结构设计，对汽车车身、底盘、发动机等零部件进行结构优化。而高扩孔钢是先进高强钢的一个重要钢种，它具有较高的强度、延伸率、优良的成形性和翻边性能，能满足成形性能要求很高的复杂形状的汽车零部件的要求，而广泛应用于汽车底盘、后桥悬架、摆臂等。因此具有优异扩孔性能的高强度高扩孔钢依然是汽车行业研究的重点。

目前对于高扩钢的研究，仍然集中在如何提高其强塑性及扩孔性能方面，而在设计过程中缺乏焊接性等应用性能的考虑。由于目前汽车零部件的连接方式主要是焊接，因此开发焊接性优异的高扩孔钢对促进汽车轻量化进程与提高汽车安全性具有十分重要的意义。

经检索，有关高扩孔钢的技术已有相关专利文献公开，如中国专利申请号为：202010896459.X，发明创造名称为一种780MPa级高表面超高扩孔钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C0.03～0.08％，Si≤0.2％，Mn0.5～2.0％，P≤0.02％，S≤0.003％，Al0.01～0.08％，N≤0.004％，Ti0.05～0.20％，Mo0.1～0.5％，Mg≤0.005％，O≤0.0030％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质。本发明获得的钢板/卷表面质量良好，避免了带钢表面出现红铁皮，提高酸洗高强钢的表面质量；其屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率A50≥17％，扩孔率≥80％，实现高表面质量、高强度、高塑性、超高扩孔率良好匹配，可应用在乘用车底盘零件如控制臂以及副车架等需要高强减薄的部位。

如中国专利申请号为：2018800448194，发明创造名称为一种拉伸强度为800MPa级的超高强度热轧钢板及其制造方法，通过在连铸-轧制直连工艺中利用无头轧制模式，具有优异的表面品质、加工性和焊接性，同时使得钢板的宽度和长度方向材质偏差明显减小。

发明内容

1、要解决的问题

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢及其制造方法，通过工艺与合金元素的有效结合，对组织进行调控处理，使表现出优异的强度、塑性和扩孔性匹配，同时通过低碳、添加Cr、B及Nb+Ti微合金设计，解决扩孔钢的焊接问题，制备出焊接性优异的高扩孔钢。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.05％～0.1％，Si:0％～0.4％，Mn:1.2％～1.6％，Mo:0.1％～0.2％，Nb:0.02％～0.04％，Ti:0.1％～0.2％，Cr:0.1％～0.4％；B:0.0005％～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

C:碳是钢中最经济有效的强化元素。碳作为钢中的间隙原子，对提高钢的强度起着非常重要的作用，对钢的屈服强度和抗拉强度影响最大。因此，钢中碳的含量至少在0.05％以上，否则强度难以达到780MPa级。同时碳的含量也不能太高，需要控制碳的含量≤0.1％，否则易形成珠光体类型的组织，影响材料强度，同时也严重影响了其焊接性能。所以本发明将C含量控制在0.05％～0.1％范围之内。

Si：硅本发明钢中的基本元素，但不是一个关键元素，其在炼钢过程起到部分脱氧的作用。Si含量过高，对钢板的焊接性能不利，故本发明钢中Si含量控制在0％～0.4％。

Mn：锰是本发明钢中最基本的元素。锰是扩大奥氏体相区的重要元素，可以稳定奥氏体，细化晶粒，推迟奥氏体向珠光体的转变。在本发明中，锰含量控制在1.2％～1.6％。

Mo，钼是本发明钢中的重要元素之一。钼可以推迟铁素体和珠光体相变。钼还具有很强的抗焊接软化特性。由于本发明的主要目的是通过析出增强的贝氏体来保证强度，而贝氏体在焊接之后很容易发生软化现象，加入一定量的钼可以有效地减小焊接软化程度。Mo元素的添加可以提高焊缝强度，与Ti配合使用兼顾高强度和高韧性，进而可以实现改善钢材焊接性能的同时保持良好的综合力学性能。因此，钼的含量应控制在0.1％～0.2％之间。

Nb：Nb是抑制再结晶与细化晶粒最有效的元素，溶入奥氏体中的Nb可显著提高钢板的淬透性。Nb还与钢中C、N结合形成细小析出物，提高钢的强度。Nb含量过低，对细化晶粒效果不显著，不能有效降低C原子扩散自由程，在较低温度下C原子不能充分扩散配分；另外Nb含量过低，降低了钢的淬透性，焊接时熔融区与热影响区易软化，从而零部件在焊接部位容易发生疲劳断裂现象。Nb含量过高，在连铸时析出，显著降低钢的高温塑性，铸坯表面易产生大量裂纹；另外过高的Nb与C结合，从而降低了亚稳奥氏体的稳定性。因此本发明将Nb含量控制在0.02％～0.04％范围之内。

Ti，是本发明钢中的重要元素之一。Ti在钢中与N结合，形成TiN析出物，有效阻碍高温区奥氏体晶粒长大；尤其在焊接时能有效阻止热影响区与熔融区晶粒长大，细化组织，析出物还可以钉扎位错起到延缓焊缝处裂纹源的扩展作用，并显著改善材料的强韧性能改善焊接性能。Ti含量过低，不能有效细化热影响区与熔融区组织，恶化焊缝区力学性能；Ti含量过高，多余的Ti将与C结合形成TiC粒子，降低亚稳奥氏体的稳定性。因此本发明将Ti含量控制在0.1％～0.2％范围之内。

Cr，是本发明钢中的重要元素之一。少量铬元素的加入并非为了提高钢的淬透性，而是为了与B相结合，有利于焊接后在焊接热影响区形成针状铁素体组织，可大大提高焊接热影响区的低温韧性。由于本发明所涉及的最终应用零件为乘用车底盘类产品，其焊接热影响区的低温韧性是很重要的指标。除了要保证焊接热影响区的强度不能降低太多外，焊接热影响区的低温韧性也要满足一定要求。因此，本发明中铬元素含量控制在0.1％～0.4％范围之内。

B，是本发明钢中的重要元素之一。硼在钢中的作用主要是偏聚在原始奥氏体晶界处，抑制先共析铁素体的形成；硼与铬相结合，改善焊接热影响区组织，获得韧性良好的针状铁素体组织。本发明钢中硼元素控制在0.0005％～0.015％之间。

作为本发明更进一步的改进，高扩孔钢的屈服强度≥660MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥35％。

本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，包括以下工艺流程：冶炼→铸造→热轧→冷却→卷取→酸洗→拉矫，其中热轧工艺步骤中，开轧温度为1080℃～1200℃，终轧温度为850℃～950℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度≥30℃/s。

作为本发明更进一步的改进，热轧工艺步骤中在1000℃以上进行3～5个道次的粗轧，且粗轧的累计变形量≥50％。

作为本发明更进一步的改进，粗轧过后的中间坯待温温度降至900℃～950℃范围内，再进行3～5个道次的精轧，且精轧的累计变形量≥70％。

作为本发明更进一步的改进，酸洗工艺步骤中带钢的运行速度为30m/min～100m/min，酸洗温度控制在75℃～85℃范围内。

作为本发明更进一步的改进，控制拉矫率≤2％，在35℃～50℃温度区间内对带钢进行漂洗，并对带钢表面进行烘干和涂油，烘干温度为120℃～140℃。

作为本发明更进一步的改进，铸造工艺步骤中铸坯或铸锭的加热温度≥1230℃，加热时间为1h～2h。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，采用相对较低的C含量，可保证用户在使用时具有优异的焊接性；添加少量硅用以抑制和减少渗碳体形成，降低未再结晶温度，获得晶粒细小均匀原始奥氏体晶粒，最终获得组织均匀的贝氏体。添加一定量的锰主要时为了稳定奥氏体，而钼则大大推迟铁素体和珠光体相变，同时促进贝氏体转变。Nb+Ti微合金作用，除了细化奥氏体晶粒尺寸，提高材料的强塑性，同时也可以改善焊接热影响区的低温韧性。析出强化的贝氏体组织的综合性能介于铁素体和马氏体之间，具有较好的强度、塑性和扩孔性匹配。添加少量的Mo、Cr、B等抗焊接软化元素，Cr与B相结合，有利于焊接后在焊接热影响区形成针状铁素体组织，可大大提高焊接热影响区的低温韧性。

(2)本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，制造的高强度高扩孔钢具备优异的强度、塑性和韧性匹配，同时具备优异的扩孔性能及焊接性能，可应用于汽车底盘、大梁、车轮等需要高强减薄和复杂成形的部件，具有良好的应用前景。

(3)本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，在终轧结束后应以较高的水冷速度，快速水冷至卷取温度。轧制结束后若冷却速度较慢，钢板内部形变的奥氏体可在很短时间内完成再结晶过程，此时奥氏体晶粒发生长大。在随后的冷却过程发生贝氏体相变时，形成的粗大的贝氏体铁素体晶粒，对钢板的强度不利。

(4)本发明的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，为了获得强度、塑性和扩孔性能最佳匹配的780MPa级热轧酸洗高扩孔钢。需要对卷取温度进行严格控制，当卷取温度≥580℃时，贝氏体组织析出强化增强，导致铁素体与贝氏体强度差异过大，扩孔率降低。当卷取温度≤450℃时，组织会转变为马氏体导致强度过高而使得延伸率和扩孔率降低。

附图说明

图1为本发明实施例1中热轧酸洗高扩孔钢的典型扫描组织照片；

图2为本发明实施例2中热轧酸洗高扩孔钢的典型扫描组织照片；

图3为本发明实施例4中热轧酸洗高扩孔钢的典型扫描组织照片。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.05％～0.1％，Si:0％～0.4％，Mn:1.2％～1.6％，Mo:0.1％～0.2％，Nb:0.02％～0.04％，Ti:0.1％～0.2％，Cr:0.1％～0.4％；B:0.0005％～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。具体的，本实施例中高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.063％，Si:0.35％，Mn:1.5％，Mo:0.15％，Nb:0.035％，Ti:0.15％，Cr:0.4％；B:0.0008％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例中采用相对较低的C含量，可保证用户在使用时具有优异的焊接性；添加少量硅用以抑制和减少渗碳体形成，降低未再结晶温度，获得晶粒细小均匀原始奥氏体晶粒，最终获得组织均匀的贝氏体。添加一定量的锰主要时为了稳定奥氏体，而钼则大大推迟铁素体和珠光体相变，同时促进贝氏体转变。Nb+Ti微合金作用，除了细化奥氏体晶粒尺寸，提高材料的强塑性，同时也可以改善焊接热影响区的低温韧性。析出强化的贝氏体组织的综合性能介于铁素体和马氏体之间，具有较好的强度、塑性和扩孔性平衡。添加少量的Mo、Cr、B等抗焊接软化元素，Cr与B相结合，有利于焊接后在焊接热影响区形成针状铁素体组织，可大大提高焊接热影响区的低温韧性。

本实施例的高扩孔钢的屈服强度≥660MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥35％。具体的，本实施例中高扩孔钢的屈服强度为720MPa，抗拉强度为825MPa，延伸率为19％，扩孔率为36％。

本实施例的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，包括以下工艺流程：冶炼→铸造→热轧→冷却→卷取→酸洗→拉矫，按上述化学成分进行冶炼、精炼、铸造成铸坯或铸锭，其中铸坯或铸锭的加热温度≥1230℃，加热时间为1h～2h。本实施例的热轧工艺步骤中，开轧温度为1080℃～1200℃，终轧温度为850℃～950℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度≥30℃/s。在终轧结束后应以较高的水冷速度，快速水冷至卷取温度。轧制结束后若冷却速度较慢，钢板内部形变的奥氏体可在很短时间内完成再结晶过程，此时奥氏体晶粒发生长大。在随后的冷却过程发生贝氏体相变时，形成的粗大的贝氏体铁素体晶粒，对钢板的强度不利。

为了获得强度、塑性和扩孔性能最佳匹配的780MPa级热轧酸洗高扩孔钢。需要对卷取温度进行严格控制，当卷取温度≥580℃时，贝氏体组织析出强化增强，导致铁素体与贝氏体强度差异过大，扩孔率降低。当卷取温度≤450℃时，组织会转变为马氏体导致强度过高而使得延伸率和扩孔率降低。基于上述原因，卷取温度需控制在450℃～580℃之间。正是基于上述创新的成分和工艺设计思路，本发明可获得强度、塑性和扩孔性能优异的热轧酸洗780MPa级贝氏体析出强化型高扩孔钢。

本实施例的热轧工艺步骤中在1000℃以上进行3～5个道次的粗轧，且粗轧的累计变形量≥50％。粗轧过后的中间坯待温温度降至900℃～950℃范围内，再进行3～5个道次的精轧，且精轧的累计变形量≥70％。

本实施例的酸洗工艺步骤中带钢的运行速度为30m/min～100m/min，酸洗温度控制在75℃～85℃范围内。控制拉矫率≤2％，在35℃～50℃温度区间内对带钢进行漂洗，并对带钢表面进行烘干和涂油，烘干温度为120℃～140℃。

具体的，本实施例中铸坯或铸锭的加热温度为1230℃，加热时间为1.3h。本实施例的热轧工艺步骤中，开轧温度为1089℃，终轧温度为865℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度为35℃/s，卷取温度为487℃。带钢的酸洗速度为95m/min，酸洗温度为79℃。

表1本发明实施例1-4的化学成分(质量百分比％)

实施例	C	Si	Mn	Mo	Nb	Ti	Cr	B	P	S	Als
												1	0.063	0.35	1.5	0.15	0.035	0.15	0.40	0.008	0.011	0.0020	0.046
2	0.081	0.25	1.3	0.10	0.025	0.12	0.39	0.005	0.013	0.0019	0.038
												3	0.083	0.30	1.4	0.13	0.031	0.13	0.35	0.006	0.009	0.0016	0.035
4	0.092	0.25	1.6	0.13	0.025	0.11	0.29	0.005	0.009	0.0018	0.029

表2本发明实施例1-4的工艺参数

表3本发明实施例1-4的力学性能

从图1-图3可以看出，本发明钢板的显微组织为铁素体+细小的贝氏体。从表3可知，本发明可制造出780MPa级热轧酸洗高强度高扩孔钢，该钢的屈服强度≥660MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥35％，表现出优异的强度、塑性和扩孔性匹配，特别适合汽车底盘结构等需要高强减薄和扩孔翻边成形的零件如控制臂等，具有广阔的应用前景。

实施例2

本实施例的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，基本与实施例1保持一致，其不同之处在于，本实施例中高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.081％，Si:0.25％，Mn:1.3％，Mo:0.10％，Nb:0.025％，Ti:0.12％，Cr:0.39％；B:0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中高扩孔钢的屈服强度为668MPa，抗拉强度为850MPa，延伸率为18％，扩孔率为53％。

本实施例中铸坯或铸锭的加热温度为1230℃，加热时间为1.25h。本实施例的热轧工艺步骤中，开轧温度为1091℃，终轧温度为890℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度为47℃/s，卷取温度为522℃。带钢的酸洗速度为63m/min，酸洗温度为76℃。

实施例3

本实施例的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，基本与实施例1保持一致，其不同之处在于，本实施例中高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.083％，Si:0.30％，Mn:1.4％，Mo:0.13％，Nb:0.031％，Ti:0.13％，Cr:0.35％；B:0.0006％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中高扩孔钢的屈服强度为811MPa，抗拉强度为789MPa，延伸率为21％，扩孔率为48％。

本实施例中铸坯或铸锭的加热温度为1230℃，加热时间为1.92h。本实施例的热轧工艺步骤中，开轧温度为1102℃，终轧温度为892℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度为60℃/s，卷取温度为568℃。带钢的酸洗速度为76m/min，酸洗温度为85℃。

实施例4

本实施例的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，基本与实施例1保持一致，其不同之处在于，本实施例中高扩孔钢，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.092％，Si:0.25％，Mn:1.6％，Mo:0.13％，Nb:0.025％，Ti:0.11％，Cr:0.29％；B:0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中高扩孔钢的屈服强度为786MPa，抗拉强度为901MPa，延伸率为22％，扩孔率为45％。

本实施例中铸坯或铸锭的加热温度为1230℃，加热时间为1.63h。本实施例的热轧工艺步骤中，开轧温度为1153℃，终轧温度为926℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度为53℃/s，卷取温度为563℃。带钢的酸洗速度为35m/min，酸洗温度为81℃。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C:0.05％～0.1％，Si:0％～0.4％，Mn:1.2％～1.6％，Mo:0.1％～0.2％，Nb:0.02％～0.04％，Ti:0.1％～0.2％，Cr:0.1％～0.4％；B:0.0005％～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢，其特征在于，高扩孔钢的屈服强度≥660MPa，抗拉强度≥780MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥35％。

3.根据权利要求1或2所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，其特征在于，包括以下工艺流程：冶炼→铸造→热轧→冷却→卷取→酸洗→拉矫，其中热轧工艺步骤中，开轧温度为1080℃～1200℃，终轧温度为850℃～950℃，终轧结束后将钢板水冷至450℃～580℃，且水冷速度≥30℃/s。

4.根据权利要求3所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，其特征在于，所述热轧工艺步骤中在1000℃以上进行3～5个道次的粗轧，且粗轧的累计变形量≥50％。

5.根据权利要求4所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，其特征在于，粗轧过后的中间坯待温温度降至900℃～950℃范围内，再进行3～5个道次的精轧，且精轧的累计变形量≥70％。

6.根据权利要求3所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，其特征在于，酸洗工艺步骤中带钢的运行速度为30m/min～100m/min，酸洗温度控制在75℃～85℃范围内。

7.根据权利要求3所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，其特征在于，控制拉矫率≤2％，在35℃～50℃温度区间内对带钢进行漂洗，并对带钢表面进行烘干和涂油，烘干温度为120℃～140℃。

8.根据权利要求3-7任一项所述的一种焊接性能优良的780MPa级热轧高扩孔钢的制造方法，其特征在于，铸造工艺步骤中铸坯或铸锭的加热温度≥1230℃，加热时间为1h～2h。