一種抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板及其製造方法
2023-06-08 20:32:06
專利名稱：一種抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明屬於熱鍍鋅鋼板製備技術領域，更確切地說屬於高強熱鍍鋅鋼板及其製備方法。
背景技術：
高強度熱鍍鋅鋼板是一種應用非常廣泛 的冶金產品，由於其強度高，經常用於汽車製造領域，如用於製造汽車結構件、防撞件等。目前，高強度熱鍍鋅鋼板的強度級別有590MPa、780MPa、800MPa、980MPa、IOOOMPa 等。
公開日為2009年2月25日，公開號為EP 2028282A1，名稱為「一種雙相鋼及採用該雙相鋼製造的鋼板及該鋼板的製造方法」(Dual-phase steel, flat product made ofsuch dual-phase steel and method for manufacturinga flat product)的歐洲專利文獻公開了一種雙相鋼，該鋼中有0. 12 0. 18%的C，0. 2 0.4%的Si，同時也加入少量B，通過熱鍍鋅退火，屈服強度最低可達580MPa，抗拉強度可達lOOOMPa，延伸率(A80)可達10%。
公開日為2006年10月19日，公開號為JP 2006283071A，名稱為「熱鍍鋅高強度鋼板的製造方法」(METHOD FOR PRODUCING GALVANNEALED HIGHSTRENGTH STEEL SHEETEXCELLENT IN WORKABILITY)的日本專利文獻公開了一種熱鍍鋅雙相鋼的製造方法，該熱鍍鋅雙相鋼的化學成分中Si含量較高，利用熱鍍鋅過程中在帶鋼進鋅鍋之前在鋼板表面閃鍍一層薄薄的Ni和Ni-Fe合金層，改善了鋼板因合金元素si、Mn表面富集引起的漏鍍現象。
公開日為2006年2月23日，公開號為JP 2006052445A,名稱為「製造熱浸鍍鋅高強度鋼板的裝置」(APPARATUS FOR MANUFACTURING HOT-DIPGALVANIZEDHIGH-TENSILE-STRENGTH STEEL SHEET)的日本專利文獻公開了一種能兼顧生產TRIP鋼和DP鋼的帶有高速冷卻能力的設備，其冷卻速度在10 100°C /s，通過採用不同冷卻速度可生產出不同種類的先進高強鋼。
公開日為2006年6月7日，公開號為CN1782116，名稱為「一種800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼及其製造方法」的中國專利文獻公開了一種無Si合金元素的雙相鋼，其通過從退火均熱溫度到鋅池鋅液溫度的平均冷速為5 16°C /s，出鋅鍋後冷速大於7V /s，能夠得到抗拉強度大於SOOMPa的低屈強比的雙相鋼。
發明內容
本發明的目的是提供一種抗拉強度大於780MPa級的熱鍍鋅鋼板及其製造方法，通過該方法製得的熱鍍鋅鋼板在具有高強度的同時，還具有良好的焊接性能、成型性能和表面質量，最重要的是，其製造成本低廉，是經濟型的高強度熱鍍鋅鋼板。根據上述發明目的，本發明提供了一種抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板，所述熱鍍鋅鋼板的基板的化學組成重量百分配比為
C :0. 060 O. 085%Si :0. 20 1.0%Mn :1. 30 I. 9%Cr+Mo O. 3%Nb :0· 002 O. 05%Ti :0· 002 O. 05%T. Al :0· 02 O. 05%P :0· 006 O. 02% S O. 01%餘量為Fe和不可避免的雜質；所述基板的微觀組織為鐵素體+馬氏體。優選地，所述熱鍍鋅鋼板的基板的P O. 006 O. 01 %，S彡O. 006%。相應地，本發明還提供了該抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板的製造方法，其包括下列步驟(I)將原料進行冶煉和精煉，然後鑄成基板板坯；(2)將基板板坯熱軋、酸軋；(3)按照下述步驟進行基板熱鍍鋅退火(3a)在預熱段採用直火加熱的方式將基板加熱到500 750°C ；(3b)採用輻射管加熱的方式將基板繼續加熱到均熱溫度760 840°C，均熱然後緩冷(本技術方案中的均熱和緩冷工藝均採用的傳統工藝)；(3c)對基板進行冷卻速度為40 150°C /s的高氫噴氣快冷；(3d)將基板浸入鋅鍋中鍍鋅；(3e)熱鍍鋅鋼板出鋅鍋後立刻採用氣霧冷卻快速冷卻帶鋼，冷卻速度為20 3000C /S。優選地，所述步驟(3d)中的鋅鍋溫度為450 465°C。本技術方案中熱鍍鋅鋼板基板的化學組分的設計原理如下C是重要的固溶強化元素，是鋼板獲得高強度的保證。C含量太低時，同一臨界退火加熱時鐵素體和奧氏體兩相區內的奧氏體量減少，得到的馬氏體量也相應減少，難以保證抗拉強度大於780MPa，而要保證其強度的話則要添加更多的合金元素，增加了成本；(含量太高時，一方面會降低韌性，另一方面也會影響焊接性。Si是鐵素體固溶強化元素，其能夠強烈提高強度，但一般對於熱鍍鋅雙相鋼來說，Si含量太高時會直接影響基板的可鍍性，本發明所述的技術方案通過採用獨特的退火工藝，可消除Si元素對可鍍性的不良影響，使得可以適當提高熱鍍鋅雙相鋼中Si元素的含量，相應減少昂貴的Cr和Mo的含量，進一步降低成本，改善延伸率。Mn可強烈提高鋼的淬透性，提高加工硬化性能。對於本技術方案來說，Mn含量過低時，難於形成足夠量的馬氏體，造成強化效果差，過高時會影響基板的焊接性。Cr可改善臨界退火時過冷奧氏體的淬透性，當鋼種中的C含量增加時，可進一步增加馬氏體數量，另外，Cr可促進C向奧氏體擴散，同時降低鐵素體的屈服強度。但含量過高的Cr將破壞鋼的延展性。
Mo是碳化物形成元素，在臨界加熱區內多數溶解，能非常有效地提高奧氏體的淬透性，有利於獲得強韌性匹配的雙相鋼。Cr、Mo元素均為Si、Mn元素的替代元素，含量過高時,會導致生產成本的增加，因此本技術方案中控制Cr+Mo < O. 3%。Ti和Nb =Ti是強碳化物形成元素，有明顯的析出強化的效果和細化晶粒的效果。Nb的作用與Ti相似，但比Ti更強烈，價格也更高，Nb、Ti元素在雙相鋼中不是主導元素，含量不宜過高。Al在雙相鋼中的主要功能是脫氧劑，不宜過低，但過高時會影響連鑄生產。P是一種價廉的固溶強化元素，對本技術方案而言，適量的P對提高強度是有益的，但過高也會影響焊接性。S在鋼中易形成MnS，引起熱脆，同時影響焊接性，所以越少越好。
本發明所述的熱鍍鋅鋼板的製造方法的工藝原理具體如下熱鍍鋅雙相鋼與冷軋雙相鋼在合金成分設計上有不同之處冷軋雙相鋼的退火是將奧氏體化的高溫帶鋼直接冷卻到Ms點以下，在鋼鐵材料合金成分設計中主要以添加價廉的Si、Mn合金元素為主，以提高鋼的淬透性；而熱鍍鋅雙相鋼的基板不得不要經過460°C左右的鋅液保溫進行熱鍍鋅，在這個溫度下高強鋼基板的過冷奧氏體易發生貝氏體轉變，大大減少了用於馬氏體相變的過冷奧氏體，所以給熱鍍鋅雙相鋼的生產帶來很大的困難。故在常規熱鍍鋅生產工藝條件下，為了達到強度指標，熱鍍鋅雙相鋼的基板需要添加足夠量的合金元素，以進一步提高基板的淬透性，滿足超高強度雙相鋼的冷卻曲線要求，但是熱鍍鋅基板中Si、Mn元素添加量過多時，在退火過程中，易在基板表面形成Si、Mn合金元素的富集，影響熱鍍鋅時基板的浸潤性(即降低基板的可鍍性)，造成漏鍍等熱鍍鋅表面缺陷，這就需要用昂貴的Cr、Mo元素部分替代基板中的Si、Mn元素以消除其在可鍍性方面的不良影響。所以在傳統的熱鍍鋅退火工藝條件下，熱鍍鋅雙相鋼的合金元素含量要明顯高於冷軋雙相鋼的合金元素。另外，由於基板中不能無限制地添加大量合金元素，所以熱鍍鋅的最高強度級別也受到限制，目前國內外的熱鍍鋅雙相鋼板的硬度均低於lOOOMPa。本發明所述的熱鍍鋅雙相鋼板的製備方法，在基板預熱階段(或稱為第一段加熱段)採用直火加熱的方式，是為了快速將基板加熱到500 750°C左右，目的是使基板表面產生預氧化(或稱為微氧化)，阻礙Si、Mn合金元素在基板表面的富集，然後在後續的均熱和冷卻過程中、在還原性氣氛條件下，還原被微氧化的基板表面，生成潤溼性優良的新鮮表面。所以本發明所述的製造方法與常規工藝技術相比，大大改善了高強度熱鍍鋅雙相鋼板的基板的可鍍性，這樣在進行鋼種的成分設計時，可以增加廉價的Si、Mn合金元素的添加，而減少貴重合金元素(Cr、Mo)的添加，從而實現了顯著降低生產成本的目的。本發明所述的製造方法在均熱後的冷卻步驟採用了高氫噴氣快冷工藝，40 150°C /s的冷卻速度能充分避開基板過冷奧氏體的「C」曲線，增強了基板過冷奧氏體組織的穩定性，防止過冷奧氏體在冷卻過程中轉變成珠光體和貝氏體組織，從而有效地提高了高強鋼基板過冷奧氏體的淬透性，使過冷奧氏體在最後的冷卻過程中更多地轉變成強度和硬度很高的馬氏體，使得進一步降低昂貴合金元素的添加成為可能。如果該冷卻速度過小，容易產生珠光體相變，降低基板的強度。而常規的製造方法中，該冷卻速度只有7 15°C /s，因此只能通過增加基板昂貴合金元素含量來提高高強鋼基板的淬透性和強度，而且其提高的效果是有限的。
本發明所述的製造方法在熱鍍鋅鋼板出鋅鍋後立刻採用氣霧冷卻的方式快速冷卻鋼板，其冷速在20 300°C /s。一般來說，鋅鍋內的鋅液溫度為460°C，帶鋼出鋅鍋經氣刀噴吹後溫度一般在420°C左右，這正是高強鋼基板中的過冷奧氏體易發生貝氏體相變的溫度區間。本技術方案通過在熱鍍鋅鋼板出鋅鍋後立刻氣霧冷卻，保證了熱鍍鋅鋼板的基板能有效避開其貝氏體轉變溫度區間，便於基板中的過冷奧氏體快速冷卻到Ms點以下，發生期望的馬氏體相變，從而顯著提高鋼板強度。為了減少鍍層表面不產生漏鍍缺陷，本發明所述的製造方法在預熱段先採用直火加熱，直火加熱溫度範圍為500 750°C。如果低於該溫度範圍，則直火燃燒效果不明顯，而如果高於該溫度範圍會產生過度氧化，影響基板表面質量。直火加熱後再用普通輻射管加熱方式加熱到均熱溫度，而均熱溫度是控制熱鍍鋅鋼板的性能最為重要的工藝因素，本技術方案中將均熱溫度控制在760 840°C，由於均熱過程是在鐵素體和奧氏體兩相區完成，因此，如果均熱溫度太低，會導致碳化物沒有完全溶解到奧氏體中，奧氏體數量也少，而且會影響奧氏體的淬透性和基板的延展性，同時造成馬氏體數量減少並影響其強度；如果 均熱溫度過高，隨著奧氏體的體積分數增加，低C和低合金元素含量的鐵素體體積分數減少，必然使得奧氏體中的C含量和合金元素含量下降，也會影響鋼的淬透性，冷卻後易產生非馬氏體組織。本發明所述的製造方法通過「直火加熱+高氫噴氣快冷+鍍後氣霧快冷」的聯合工藝，在保證了熱鍍鋅鋼板的強度能夠達到SOOMPa級的同時，使得熱鍍鋅鋼板的基板中貴重合金元素的添加量大大降低，從而使得SOOMPa級高強度熱鍍鋅板的生產成本大大降低，能夠為生產製造企業帶來巨大的經濟效益。此外，採用該方法製造的熱鍍鋅鋼板還具有非常好的焊接性能、成形性能和表面質量。
圖I是本發明所述的熱鍍鋅鋼板的製造方法中的熱鍍鋅退火步驟的工藝曲線示意圖。圖2是本發明所述的熱鍍鋅鋼板的基板在實施例I中的金相組織照片。圖3是本發明所述的熱鍍鋅鋼板的基板在實施例3中的金相組織照片。圖4本發明所述的熱鍍鋅鋼板在實施例3中的表面質量照片。
具體實施例方式按照下列步驟製造熱鍍鋅鋼板，實施例1-5中的各詳細工藝參數及鋼板的產品性能見表2 (I)將原料進行冶煉和精煉，然後鑄成基板板坯；(2)將基板板坯熱軋、酸軋；(3)按照如圖I所示的工藝曲線進行基板熱鍍鋅退火在預熱段A採用直火加熱的方式將基板加熱到500 750°C ;在加熱段B採用輻射管加熱的方式將基板繼續加熱到均熱溫度760 840°C在均熱段C均熱，然後在緩冷段D進行緩冷；在冷卻段E採用氫氣含量為80 90% (體積百分比)的保護氣體對基板進行冷卻速度為40 150°C /s的高氫噴氣快冷(表2中採用「1CR」表示)；然後在鍍鋅段將基板浸入鋅鍋中鍍鋅；熱鍍鋅鋼板出鋅鍋後立刻採用超細氣霧在出鋅鍋冷卻段G快速冷卻熱鍍鋅鋼板，冷卻速度為20 300°C /s (表2中採用「2CR」表示)。實施例1-5中的各基板的化學元素組分見表I。表I.(餘量為Fe)
權利要求
1.一種抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板，其特徵在於，所述熱鍍鋅鋼板的基板的化學組成重量百分配比為C :0. 060 0. 085%Si :0. 20 I. 0%Mn :1. 30 I. 9% Cr+Mo 0. 3% Nb 0. 002 0. 05%Ti :0. 002 0. 05%T. Al :0. 02 0. 05%P :0. 006 0. 02%s≤ 0. 01% 餘量為Fe和不可避免的雜質； 所述基板的微觀組織為鐵素體+馬氏體。
2.如權利要求I所述的抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板，其特徵在於P :0. 006 0. 01%，S ≤ 0. 006%。
3.如權利要求I或2所述的抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板的製造方法， 其特徵在於，包括下列步驟 (1)將原料進行冶煉和精煉，然後鑄成基板板坯； (2)將基板板坯熱軋、酸軋； (3)按照下述步驟進行基板熱鍍鋅退火 (3a)在預熱段採用直火加熱的方式將基板加熱到500 750°C ； (3b)採用輻射管加熱的方式將基板繼續加熱到均熱溫度760 840°C，均熱然後緩冷; (3c)對基板進行冷卻速度為40 150°C /s的高氫噴氣快冷； (3d)將基板浸入鋅鍋中鍍鋅； (3e)熱鍍鋅鋼板出鋅鍋後立刻採用氣霧冷卻快速冷卻帶鋼，冷卻速度為20 300°C /So
4.如權利要求3所述的抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板的製造方法，其特徵在於，所述步驟(3d)中的鋅鍋溫度為450 465°C。
全文摘要
本發明公開了一種抗拉強度大於780MPa的熱鍍鋅鋼板，所述熱鍍鋅鋼板的基板的化學組成重量百分配比為C0.060～0.085％；Si0.20～1.0％；Mn1.30～1.9％；Cr+Mo≤0.3％；Nb0.002～0.05％；Ti0.002～0.05％；T.Al0.02～0.05％；P0.006～0.02％；S≤0.01％；餘量為Fe和其他不可避免的雜質；所述基板的微觀組織為鐵素體+馬氏體。相應地，本發明還公開了該熱鍍鋅鋼板的製造方法，其採用獨特的熱鍍鋅退火工藝，在保證了熱鍍鋅鋼板強度的同時，大大降低了熱鍍鋅鋼板的製造成本。
文檔編號C23C2/06GK102758136SQ20111010362
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者劉華飛, 周建峰, 張丕軍, 張紅, 徐樂江, 李俊 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司