一種餅形晶粒深衝雙相鋼板及其製備方法
2023-07-30 21:19:31
一種餅形晶粒深衝雙相鋼板及其製備方法
【專利摘要】本發明公開一種餅形晶粒深衝雙相鋼板及其製備方法，屬於金屬材料軋制【技術領域】。本發明鋼板的化學成分按質量百分數為：C：0.01～0.05%，Si：0.1～0.4%，Mn：1.2～1.7%，Cr：0.1～0.4%，Als：0.03～0.07%，N：0.003～0.006%，P≤0.02%，S≤0.01%，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。該鋼板的製備方法是：首先進行冶煉並在加熱鋼包中精煉，通過連鑄鑄成板坯後進行熱軋，經酸洗後冷軋軋製成薄板，然後進行罩式退火，冷至室溫後進行連續退火，最後進行過時效處理冷至室溫製得餅形晶粒深衝雙相鋼板。本發明產品與相同性能的等軸晶粒雙相鋼相比具有更好的衝壓成形性能；與現有深衝雙相鋼相比，生產成本低，實用性更強，板形與表面質量更好。
【專利說明】一種餅形晶粒深衝雙相鋼板及其製備方法
【技術領域】:
[0001]本發明屬於金屬材料軋制【技術領域】，涉及一種汽車用冷軋深衝雙相鋼，特別涉及一種冷軋高強度、深衝用餅形晶粒鐵素體加馬氏體雙相鋼板及其製備方法。
【背景技術】:
[0002]開發安全性更高、油耗更低的汽車，已成為全世界汽車產業應對全球氣候變暖和能源危機需要迫切解決的共同課題。研究表明，若汽車的整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%，排放也相應地下降。汽車輕量化材料主要包含兩大類,一類是低密度的輕質材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、碳纖維增強塑料；另一類就是高強度鋼和成形性良好的先進高強度鋼。由於鋼鐵材料資源豐富，價格便宜，可回收重複利用，在生產、使用與回收利用過程中對環境無汙染等特點，因此在相當長的時間內仍將是汽車行業最主要的原材料。
[0003]由於雙相鋼具有低屈強比、高的初始加工硬化率、無屈服平臺、時效穩定性好、焊接性能優異、強塑積較高等特點，在ULASB項目中，冷軋雙相鋼佔74%左右，目前主要應用於汽車的結構件與防撞件等小型構件，而在大型構件(如覆蓋件與內板等)上使用較少，主要是由於其r值較小(一般在1.0以下)，深衝性能較差。為了擴大冷軋雙相鋼在大型構件中的應用，通過改善組織形態、提高r值，改善其深衝性能具有十分重要的意義。目前對於提高雙相鋼衝壓成形性能的相關文獻公開如下:
[0004]中國專利CN102286696A公開了一種高塑性應變比的超深衝雙相鋼的製備方法，其冷軋雙相鋼的抗拉級別為400~500MPa級，該方法中添加了較高的Al、Mo等貴金屬合金元素，增加了生產成本；由於要求退火溫度較高，在現有連續退火生產線上很難保證厚規格加熱溫度，不易生產厚規格產品。
[0005]中國專利CN102517492A公開了雙相鋼板及其製造方法，該方法中添加了較多的Al、Mo、Nb等貴金屬元素，生產成本較高；其中C、N元素較高，並添加了 B，在連鑄過程中B易與N結合形成粗大的BN粒子，在衝壓成形過程中此粒子容易成為裂紋形核與擴展源，惡化其深衝成形性能；鋼中C、N元素較高，其固溶含量也相應增加，從而影響{111}有利織構的發展，進而影響鋼的r值與深衝性能；另外所述連續退火工藝在460~540°C溫度環境下實施100~200s過時效處理，在此相對較高的溫度與相對較長的時間下進行過時效處理，容易發生貝氏體相變，很難獲得馬氏體組織。
[0006]中國專利CN102517492A公開了一種經亞溫退火處理的含釩超深衝雙相鋼的製備方法，該方法添加了較高的Si與P含量，在冷軋與連續退火過程中容易產生軋制開裂與焊縫處斷帶危險，在退火過程中較高的Si含量容易在表面富集形成氧化物，從而影響鋼帶表面質量；同時S1、P均為鐵素體強化元素，其強化效果較強，較高的S1、P含量使得所生產的雙相鋼的屈強比較高。另外亞溫預處理溫度較高，採用罩式退火工藝生產時帶鋼容易發生粘結，從而影響鋼帶板形與表面質量。
[0007]中國專利CN102162073A公開了一種超深衝用低碳低矽冷軋熱鍍鋅雙相鋼的製備方法，該方法中添加了較高的Cr、Mo等貴金屬合金元素，增加了生產成本；同時織構預處理溫度較高，採用罩式退火工藝生產時帶鋼容易發生粘結，從而影響鋼帶板形與表面質量。
[0008]上述技術主要是通過採用高溫卷取與提高退火溫度，通過控制碳化物的析出與粗化過程，在高溫退火過程中獲得相對粗大的等軸晶粒，形成相對較強的{111}織構。但是冷軋薄板的衝壓性能除與塑性應變比r值有關外，還與鐵素體晶粒的形狀和尺寸有密切的關係。鐵素體晶粒形狀有等軸晶粒和餅形晶粒之分，其中餅形晶粒在厚度方向上，其晶粒數目多於等軸晶粒，鋼板厚度方向變形阻力大，即餅形晶粒鋼板抗變薄能力強，而沿板面方向容易變形。而生產實踐和研究也表明，具有較粗大餅形晶粒的鋼板，其屈服強度較低，拉伸性能較好，{111}織構較強，從而衝壓性能要明顯優於具有細小等軸晶粒的鋼板。傳統冷軋雙相鋼，由於存在一定量的間隙原子C、N,以及採用常規的熱軋與連續退火工藝，使其在冷軋後再結晶之前將會部分固溶於鐵素體中，阻礙了再結晶織構的發展，並獲得細小等軸狀鐵素體，從而嚴重降低了其深衝性能。
[0009]影響雙相鋼深衝性能的因素之一是鐵素體的組織結構，其中鐵素體的形態、晶粒大小及其再結晶織構是控制關鍵點。而鐵素體的形態、再結晶織構與退火加熱制度、析出物有關，因此通過控制熱軋工藝與預先退火來獲得最佳的鐵素體形態與再結晶織構對提高雙相鋼的深衝性能尤為重要。
[0010]相關資料表明，在熱軋過程中保持AlN以過飽和狀態溶解在鋼中，冷軋後再結晶之前使AlN粒子沿著已變形的晶粒邊界或沿滑移帶析出，平行排列於冷軋纖維組織晶粒之間，隨著退火過程的進行，由於沿軋向平行排列的AlN阻礙了晶粒沿厚度方向長大，促使晶粒沿長度方向生長為拉長的薄餅形狀。另外沿亞晶界析出的AlN粒子可阻礙再結晶過程中不利織構{001}的形成，以及碳的脫溶與碳化物顆粒的聚集長大，將促進有利織構{111}的發展。因此，提高AlN粒子對鐵素體晶界的釘扎能力，有利於增強{111}織構的強度。
【發明內容】
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[0011]本發明針對現有冷軋深衝雙相鋼製備中存在的技術問題，提供一種餅形晶粒深衝雙相鋼板及其製備方法。該方法的目的是在經濟型成分設計下，利用熱軋、組織預處理與兩相區連續退火相結合的方法，生產一種深衝用冷軋餅形晶粒鐵素體加馬氏體雙相鋼。
[0012]本發明所提供的一種餅形晶粒深衝雙相鋼板的化學成分按質量百分數為:
[0013]C:0.01 ~0.05%, Si:0.1 ~0.4%, Mn: 1.2 ~1.7%, Cr:0.1 ~0.4%, Als:0.03 ~
0.07%, N:0.003~0.006%, P≤0.02%, S≤0.01%，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。所優選的化學成分按質量百分數為:
[0014]C:0.02 ~0.04%、Si:0.1 ~0.3%, Mn:1.4 ~1.7%, Cr:0.2 ~0.3%、Als:0.04 ~
0.06%、N: 0.003~0.005%、P ( 0.015%、S≤0.005%，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。
[0015]本發明所提供的一種餅形晶粒深衝雙相鋼板的製備方法的具體步驟如下:
[0016]首先進行冶煉，並在加熱鋼包中精煉，通過連鑄鑄成板坯後進行熱軋，熱軋加熱溫度為1150~1280°C，熱軋終軋溫度為850~950°C，熱軋卷取溫度為500~600°C，熱軋卷經酸洗後冷軋軋製成薄板，冷軋壓下率為60~80% ;然後進行罩式退火，罩式退火加熱速率為20~60°C /h,罩式退火溫度為650~720°C,罩式退火保溫時間為I~30小時,罩式退火冷卻速率為20~60°C /h，冷至室溫後進行連續退火，退火溫度為740~800°C，保溫時間為90~120s，然後以5~8°C /s的速度冷至640~690°C，最後以40~60°C /s的冷卻速度快冷至260~320°C進行過時效處理，過時效處理400~600s後冷至室溫製得所述餅形晶粒深衝雙相鋼板。
[0017]所述製備方法中的工藝參數可進一步優選為:
[0018]熱軋加熱溫度為1180~1230°C，熱軋終軋溫度為870~910°C，熱軋卷取溫度為530~570°C，罩式退火加熱速率為30~50°C /h,罩式退火溫度為670~700°C，罩式退火保溫時間為5~20小時，罩式退火冷卻速率為30~50°C /h。
[0019]本發明方法首先進行冶煉並在加熱鋼包中精煉，然後通過連鑄鑄成板坯，鑄坯熱軋後的熱軋帶鋼經酸洗去除表面氧化鐵皮後，進行冷軋，然後進行組織預處理退火:組織預處理退火採用罩式退火，主要目的是通過AlN沿形變帶析出，以獲得餅形鐵素體晶粒，並使碳化物聚集，形成較強的{111}織構；然後進行連續退火:連續退火的目的是獲得鐵素體加馬氏體雙相組織。
[0020]本發明中餅形晶粒深衝雙相鋼板各合金元素的作用機理如下:
[0021]C:C是雙相鋼中最有效的強化元素，是形成馬氏體的主要元素，可提高鋼的淬透性，其含量決定馬氏體的強度與體積分數；C含量過低，無法獲得馬氏體組織，因此為了獲得雙相組織，C含量必須要超過0.01% ;c含量過高，鐵素體中固溶的間隙原子數目將會增多，勢必影響罩退過程中{111}有利織構的發展；另外C含量高，導致馬氏體相變時膨脹產生的位錯較多，使鋼的η值與r值減小，惡化鋼的成形性。因此鋼中C含量的上限為0.05%。
[0022]Si =Si是鐵素體固溶強化元素，強烈提高鐵素體基體的強度，促進碳向奧氏體中富集，對鐵素體中的固溶碳有清除與淨化作用，有助於提高雙相鋼的延性。Si含量過低，對碳化物的抑制與鐵素體的「淨化」作用較小，容易形成碳化物與珠光體組織，因此Si含量必須超過0.1% ；Si含量過高，對鐵素體基體強化，使得屈強比增加，同時Si的固溶強化對{111}織構的發展不利，因此鋼中Si含量上限為0.4%。
[0023]Mn =Mn屬於奧氏體穩定化元素，可提高鋼的淬透性，提高鋼的加工硬化性能，並可顯著推遲珠光體與貝氏體轉變。因此對於較低碳含量冷軋雙相鋼，要想在連續退火條件下獲得雙相組織，添加一定的Mn元素是非常必要的，Mn含量下限必須超過1.2% ;但是Mn含量過高，在抑制珠光體與貝氏體轉變的同時，也會推遲鐵素體的析出，使得鋼中馬氏體含量過高，不利於雙相鋼塑性變形的發揮，對深衝性能也有不利影響，因此Mn含量上限控制在1.7%以內。
[0024]Cr =Cr能提高奧氏體的淬透性，能推遲珠光體與貝氏體轉變，並促進C向奧氏體擴散，降低鐵素體的屈服強度，進而降低雙相鋼的屈強比，提高其成形性。如果Cr含量過低，其作用較小，因此下限控制在0.1%以上；但是Cr含量過高時，將破壞鋼的延展性，使成形性能惡化，因此上限控制在0.4%以內。
[0025]Als:A1在雙相鋼中主要有兩個功能，一是作為脫氧劑；二是與鋼中的N結合形成A1N，在再結晶退火之前沿形變帶析出，阻礙再結晶鐵素體向厚度方向長大，形成餅形晶粒，並促使退火過程中{111}織構的形成與發展，有利於提高成形性。因此其含量不宜低於0.03%，但過高時會影響連鑄生產，以及形成夾雜物而影響成形性，因此上限控制在0.07%以內。
[0026]P:P是鋼中有害雜質元素，容易在晶界富集而產生冷脆性，使鋼的冷加工成形性能下降，所以其含量越少越好。[0027]S:S在鋼中易形成MnS，在軋制後成條帶狀分布，從而影響鋼的衝壓成形性，所以越少越好。
[0028]N:N在鋼中與Al結合，形成AlN析出物，在形變帶析出，有利於餅形晶粒的形成與有利織構的發展，因此一定量的N含量是十分必要的，其含量不宜低於0.003% ;但是N含量過高，在鐵素體中固溶量也隨之增加，將惡化{111}有利織構的發展，同時N容易引起鋼的時效性，因此其上限應控制在0.006%以內。
[0029]本發明具有以下特色和優勢:
[0030]1、本發明在傳統的C-S1-Mn成分設計的基礎上，添加少量的廉價元素Cr提高鋼的淬透性，不添加Nb、Mo、V等貴金屬元素，通過在較低的再結晶溫度下進行組織預處理，獲得餅形晶粒，並淨化鐵素體基體，促使碳化物聚集與鐵素體晶粒長大，促進{111}有利織構發展，提高雙相鋼的成形性能。最終獲得的冷軋雙相鋼屈服強度為220~300MPa，抗拉強度為450~500MPa,延伸率在26~34%，η值在0.19~0.23，r值不低於1.3的綜合力學性能。
[0031]2、本發明產品與相同性能的等軸晶粒雙相鋼相比，具有更好的衝壓成形性能，與高強IF鋼相比，不需真空脫氣處理鋼中C、N，減輕了冶煉難度，同時抗拉強度與抗二次加工脆性均可提高；與烘烤硬化鋼與各向同性鋼相比，抗拉強度可提高，工藝敏感性弱，抗時效穩定性強；與傳統雙相鋼相比，在保證強度與延伸相當的條件下，r值增加到1.3以上，並且深衝性能大幅度提高；與現有深衝雙相鋼發明相比，未添加Nb、Mo、V等貴金屬元素，生產成本低；退火溫度相對較低，在現有裝備與工藝條件下即可生產，實用性更強，板形與表面質量更好。
【具體實施方式】:
[0032]餅形晶粒深衝雙相鋼板(鋼板編號DP1、DP2)的化學成分如表1所示。
[0033]表1餅形晶粒深衝雙相鋼板的化學成分(質量百分數)
[0034]
【權利要求】
1.一種餅形晶粒深衝雙相鋼板，其特徵在於所述鋼板的化學成分按質量百分數為:
C:0.0l ~0.05%, Si:0.1 ~0.4%,Mn:1.2 ~1.7%, Cr:0.1 ~0.4%, Als:0.03 ~0.07%,N:0.003~0.006%, P<0.02%, S<0.01%，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。
2.根據權利要求1所述的一種餅形晶粒深衝雙相鋼板，其特徵在於所述鋼板的化學成分按質量百分數為:
C:0.02 ~0.04%,S1:0.1 ~0.3%、Mn:1.4 ~1.7%,Cr:0.2 ~0.3%,Als:0.04 ~0.06%、N: 0.003~0.005%、P <0.015%、S<0.005%，其餘為Fe和不可避免的微量雜質。
3.權利要求1所述一種餅形晶粒深衝雙相鋼板的製備方法，其特徵在於該方法具體步驟如下: 首先進行冶煉，並在加熱鋼包中精煉，通過連鑄鑄成板坯後進行熱軋，熱軋加熱溫度為1150~1280°C，熱軋終軋溫度為850~950°C，熱軋卷取溫度為500~600°C，熱軋卷經酸洗後進行冷軋軋製成薄板，冷軋壓下率為60~80% ;然後進行罩式退火,罩式退火加熱速率為20~60°C /h,罩式退火溫度為650~720°C,罩式退火保溫時間為I~30小時,罩式退火冷卻速率為20~60°C /h,冷至室溫後進行連續退火，退火溫度為740~800°C，保溫時間為90~120s，然後以5~8°C /s的速度冷至640~690°C，最後以40~60°C /s的冷卻速度快冷至260~320°C進行過時效處理，過時效處理400~600s後冷至室溫製得所述餅形晶粒深衝雙相鋼板。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於所述熱軋加熱溫度為1180~1230°C，所述熱軋終軋溫度為870~910°C，所述熱軋卷取溫度為530~570°C，所述罩式退火加熱速率為30~50°C /h，所述罩式退火溫度為670~700°C，所述罩式退火保溫時間為5~20小時，所述罩式退火冷卻速率為30~50°C /h。
【文檔編號】C22C38/18GK103469089SQ201310413498
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】潘紅波, 閻軍, 章靜, 曹傑, 沈曉輝, 王會廷 申請人:馬鞍山市安工大工業技術研究院有限公司