一種800MPa級(jí)熱軋高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種800MPa級(jí)熱軋高強(qiáng)度貝氏體擴(kuò)孔鋼及其生產(chǎn)方法，化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：0.04% ≤ C ≤ 0.08%，0.5%≤Si ≤ 0.8%，0.5%≤ Mn ≤1.6%，P ≤ 0.005%，S ≤ 0.004%，N ≤ 0.004%，0.15% ≤ Ti ≤ 0.18%，0.15% ≤Cr ≤ 0.25%，0.03%≤ Nb ≤ 0.05%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素；經(jīng)過(guò)冶煉、精煉、板坯連鑄、板坯加熱、熱軋、三段式層流冷卻、卷取制造工藝得到屈服強(qiáng)度≥680MPa，抗拉強(qiáng)度≥800MPa，延伸率≥17%的高強(qiáng)度貝氏體擴(kuò)孔鋼，厚度為2.8～6mm鋼板擴(kuò)孔率達(dá)到85%以上。
【專利說(shuō)明】
一種SOOMPa級(jí)熱軋高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼及其制造方法，尤其涉及一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度 擴(kuò)孔鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，汽車用鋼發(fā)展趨勢(shì)向著高強(qiáng)度的方向發(fā)展，主要以屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度作 為衡量依據(jù);但是針對(duì)高凸緣翻邊性能要求的高強(qiáng)鋼，進(jìn)一步對(duì)鋼板擴(kuò)孔性能提出了更高 的要求。熱乳擴(kuò)孔鋼具有強(qiáng)度高、屈強(qiáng)比低、初時(shí)加工硬化率高以及強(qiáng)度和韌性良好配合等 優(yōu)點(diǎn)，符合汽車材料輕量化、高性能、安全、環(huán)保、節(jié)能的發(fā)展主題，從而在汽車行業(yè)得到了 較為廣泛的應(yīng)用。
[0003] 公開號(hào)為CN105154769A，申請(qǐng)日為2015年9月18日的中國(guó)專利"一種780MPa級(jí)熱 乳高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼及其制造方法"，公開了一種屈服強(qiáng)度2 750MPa，抗拉強(qiáng)度2 780MPa，延 伸率2 20%，且3~6mm厚度鋼板的擴(kuò)孔率2 70 %的擴(kuò)孔鋼的制造方法，其成分設(shè)計(jì)Si < 0 ? 2%，0 ? 15% < Mo < 0 ? 25%，同時(shí)強(qiáng)調(diào)對(duì)合金元素Ti、Mo的含量配比提出1 ? 5 < Ti/Mo < 0 ? 25， 0.03%< (Ti-3.42N)/4+Mo/8 <0.07%的界定性要求;在熱乳工藝中，終乳結(jié)束后以2 100 °C/s的冷速將鋼板水冷至600~700°C，終乳結(jié)束后快速冷卻避免奧氏體再結(jié)晶產(chǎn)生粗大的 鐵素體晶粒，同時(shí)進(jìn)行高溫卷取后依靠碳、鈦、鉬原子結(jié)合形成大量彌散細(xì)小的納米級(jí)(Ti， Mo)C粒子，在高溫卷取后的緩慢冷卻過(guò)程中抑制鐵素體晶粒長(zhǎng)大，避免產(chǎn)生珠光體，并起到 析出強(qiáng)化效果，最終獲得由細(xì)小等軸或類針狀鐵素體和納米碳化物組成的全鐵素體基微觀 組織。該專利成分設(shè)計(jì)中加入較貴重的Mo合金元素，合金成本高；同時(shí)在終乳結(jié)束后采用一 步到位式的快速冷卻方式，在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)奧氏體再結(jié)晶控制難度大，無(wú)法避免冷速的波 動(dòng)形成不均勻的鐵素體晶粒，從而造成產(chǎn)品性能的波動(dòng)；而且專利CN105154769A力學(xué)性能 方面存在屈強(qiáng)比高的問(wèn)題，屈強(qiáng)比高容易造成鋼板回彈性強(qiáng)，不利于擴(kuò)孔率的提高和零件 成形制作。
[0004] 另一方面，鋼中因氫的存在，在加工擴(kuò)孔過(guò)程中大量的氫原子會(huì)集聚到位錯(cuò)附近， 并且隨著位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)或位錯(cuò)通道容易形成氫分子，一旦形成氫氣團(tuán)，會(huì)使原子鍵結(jié)合能力大 大降低，因而在擴(kuò)孔過(guò)程中會(huì)使原子鍵破裂，產(chǎn)生微裂紋，抑制了擴(kuò)孔性能的提高，所以如 何抑制氫原子的聚集，防止氫致裂紋產(chǎn)生也是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼及其生產(chǎn)方法，通 過(guò)采用Nb、Ti復(fù)合微合金化的低成本成分設(shè)計(jì)，匹配合理的乳制工藝，得到鐵素體+貝氏體 雙相組織結(jié)構(gòu)的熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼，抗拉強(qiáng)度為800MPa以上，厚度為2.8~6mm鋼板的擴(kuò)孔 率達(dá)到85%以上。
[0006] 解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案為： 一種800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：0.04% < C < 0.08%,0.5%< Si < 0.8%,0.5%< Mn <1.6%,P < 0.005%,S < 0.004%,N < 0.004%, 0.15% < Ti < 0.18%，0.15% <Cr < 0.25%，0.03%< Nb < 0.05%，其余為Fe及不可避 免的雜質(zhì)元素。
[0007] 上述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼，所述熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的屈服強(qiáng)度2 68010^，抗拉強(qiáng)度2 80010^，延伸率2 17%，且2.8~6臟厚度鋼板的擴(kuò)孔率2 85%;微觀組織 為鐵素體+貝氏體雙相組織結(jié)構(gòu)，貝氏體體積百分比含量在15%~35%之間。
[0008] 一種800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、板坯連鑄、板 坯加熱、粗乳、精乳、冷卻和卷曲工藝，所述板坯成分的質(zhì)量百分比為：〇.04% < C < 0.08%,0.5%< Si < 0.8%,0.5%< Mn <1.6%,P < 0.005%,S < 0.004%,N < 0.004%, 0.15% < Ti < 0.18%，0.15% <Cr < 0.25%，0.03%< Nb < 0.05%，其余為Fe及不可避 免的雜質(zhì)元素。
[0009] 上述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，所述冷卻工藝采用三段式 層流冷卻，第一段采用水冷冷卻至中間溫度630~750°C ;第二段采用空冷，空冷時(shí)間5~ 10S;第三段采用水冷方式冷卻到卷曲溫度350~450°C。
[0010] 上述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，所述三段式層流冷卻的第 一段水冷冷速為40~60°C/S，第三段水冷冷速>100°C/S。
[0011] 上述的一種800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，所述板坯加熱工藝:板坯加 熱溫度1200~1250°C，加熱時(shí)間180~210 min，均熱時(shí)間35~55 min; 所述粗乳工藝:熱乳粗乳壓下率控制在60~80%，中間坯溫度1000~1070°C; 所述精乳工藝:精乳壓下率控制在75~95%，終乳溫度850~900°C。
[0012] 所述卷曲工藝:卷曲溫度為350°C~450°C。
[0013]本發(fā)明800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的成分設(shè)計(jì)分析： 碳(C):碳是影響擴(kuò)孔鋼強(qiáng)度、韌性、擴(kuò)孔性能的主要元素，碳含量的增加，對(duì)提高鋼的 強(qiáng)度有明顯作用，但碳含量>〇.lwt%時(shí)會(huì)對(duì)鋼的延性、韌性及擴(kuò)孔性能有負(fù)面影響。所以， 本發(fā)明選擇的碳含量為0.04-0.08wt% ; 錳(Mn):固溶強(qiáng)化元素，既可以提高鋼的強(qiáng)度也能夠改善鋼的韌性，適度提高鋼的淬 透性，擴(kuò)大Y相區(qū)，降低鋼的Y - a相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物;但錳含量過(guò)高 容易導(dǎo)致偏析問(wèn)題;因此，本發(fā)明鋼采用的錳含量為〇. 5~1.6wt % ; 鉻(Cr):鉻同樣是碳化物形成元素，能夠提高鋼板硬度，起到沉淀強(qiáng)化的作用;鉻還能 夠有效抑制氫致開裂問(wèn)題及提高鋼的抗腐蝕性能;鉻作為鐵素體形成元素，在高Nb鋼中可 以得到更多的針狀鐵素體組織;然而，過(guò)量的鉻將降低鋼板的延伸性能，促進(jìn)晶粒的長(zhǎng)大而 影響韌性，不利于擴(kuò)孔性能。因此，本發(fā)明中只采用了0.15 <Cr < 0.25wt%相對(duì)較安全的 加入量； 鈮(Nb):鈮是有效的細(xì)晶強(qiáng)化元素，能夠明顯抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，延遲y - a轉(zhuǎn) 變，從而獲得更加細(xì)小的組織;在熱乳過(guò)程中，析出的碳氮化鈮可以延遲再結(jié)晶及晶粒的長(zhǎng) 大過(guò)程，碳氮化鈮通過(guò)釘扎位錯(cuò)，使得基體中可以保留更多的位錯(cuò)密度，提高鋼的強(qiáng)度和韌 性；固溶狀態(tài)的鈮可以延遲Y - a轉(zhuǎn)變，細(xì)化鐵素體晶粒，提高鋼的韌性，在冷卻過(guò)程中固 溶的鈮可以繼續(xù)以Nb(CN)析出，提高強(qiáng)度。晶粒尺寸細(xì)化，一方面有利于強(qiáng)度的提高，另一 方面還增加擴(kuò)孔率;綜合考慮，本發(fā)明鈮含量控制在0.03wt%至0.05wt%之間； 硫(S):由于擴(kuò)孔鋼的凸緣翻邊性能對(duì)雜質(zhì)元素P、S較敏感，因此擴(kuò)孔鋼對(duì)P、S含量要 求較嚴(yán)格，尤其是S含量;因此，本發(fā)明對(duì)S含量的限制為:S < 0.004wt%。
[0014] 本發(fā)明為得到穩(wěn)定的鐵素體+貝氏體組織比例，通過(guò)傳統(tǒng)的一段式冷卻方式是不 可實(shí)現(xiàn)的，所以在乳制工藝上采用三段式層流冷卻工藝，即：水冷+空冷+水冷;采用這一特 殊冷卻工藝設(shè)計(jì)的目的：一是讓鋼板由奧氏體區(qū)快速冷卻到鐵素體溫度區(qū)域內(nèi)并停留5~ 10S，以確保形成65~85%(體積百分比比）的鐵素體;二是當(dāng)一定數(shù)量鐵素體形成后，將鋼板 迅速冷卻到貝氏體形成溫度區(qū)域，使未轉(zhuǎn)變成鐵素體的奧氏體最終轉(zhuǎn)變成貝氏體，此階段 必須采用大于l〇〇°C/S的冷速，快速冷卻至350~450°C，以避免珠光體的出現(xiàn)，從而保證鋼 板的微觀組織為鐵素體+貝氏體。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為： 本發(fā)明通過(guò)相對(duì)經(jīng)濟(jì)的成分設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)用三段層流冷卻工藝，獲得強(qiáng)度、塑性和韌性 均優(yōu)異的高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼板;該鋼板屈服強(qiáng)度2 680MPa，抗拉強(qiáng)度2 800MPa，延伸率2 17%， 尤其是厚度為2.8~6mm的鋼板擴(kuò)孔率2 85%，具有優(yōu)異的擴(kuò)孔和翻邊性能;該高強(qiáng)度高擴(kuò) 孔鋼板的組織為鐵素體+貝氏體組織，其中，鐵素體晶粒尺寸為4~6um，鐵素體形態(tài)為多邊 形;該發(fā)明可滿足市場(chǎng)對(duì)高強(qiáng)度、高擴(kuò)孔率熱乳鋼板的需求，市場(chǎng)推廣前景大。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明高擴(kuò)孔鋼1000倍金相組織照片； 圖2為本發(fā)明高擴(kuò)孔鋼掃描電鏡組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:0.04% < C < 0.08%，0.5%<Si < 0.8%，0.5%< Mn <1.6%，P < 0.005%，S < 0.004%，N < 0.004%，0.15% < Ti < 0.18%，0.15% <Cr < 0.25%，0.03%< Nb < 0.05%，其余為Fe 及不可避免的雜質(zhì)元素；熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的屈服強(qiáng)度2 680MPa，抗拉強(qiáng)度2 800MPa，延 伸率2 17%，且2.8~6mm厚度鋼板的擴(kuò)孔率2 85%;微觀組織為鐵素體+貝氏體雙相組織結(jié) 構(gòu)，貝氏體體積百分比含量在15%~35%之間。
[0018] 一種800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、板坯連鑄、板 坯加熱、粗乳、精乳、冷卻和卷曲工藝，所述板坯成分的質(zhì)量百分比為：〇.04% < C < 0.08%,0.5%< Si < 0.8%,0.5%< Mn <1.6%,P < 0.005%,S < 0.004%,N < 0.004%, 0.15% < Ti < 0.18%，0.15% <Cr < 0.25%，0.03%< Nb < 0.05%，其余為Fe及不可避 免的雜質(zhì)元素;冷卻工藝采用三段式層流冷卻，第一段采用水冷以40~60°C/S的冷速冷卻 至中間溫度630~750°C;第二段空冷時(shí)間5~10S;第三段采用水冷以> 100°C/S的冷卻到卷 曲溫度350~450°C;板坯加熱工藝中板坯加熱溫度1200~1250°C，加熱時(shí)間180~210 min， 均熱時(shí)間35~55 min;熱乳粗乳壓下率控制在60~80%，中間坯溫度1000~1070°C;精乳壓 下率控制在75~95%，終乳溫度850~900°C:卷曲溫度為350°C~450°C。
[0019]以下通過(guò)實(shí)施例1~實(shí)施例6對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：表1為本發(fā)明實(shí)施例1~ 實(shí)施例6煉鋼的化學(xué)成分，表2為本發(fā)明實(shí)施例的制造工藝，表3為本發(fā)明實(shí)施例鋼板的力學(xué) 性能。
[0020]表1擴(kuò)孔鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)
表2擴(kuò)孔鋼制造工藝
表3擴(kuò)孔鋼力學(xué)性能
參見圖1~圖2組織照片，本發(fā)明鋼板的顯微組織為多邊形鐵素體+貝氏體組成的復(fù)合 組織，其中多邊形鐵素體晶粒尺寸為4~6um，貝氏體含量控制在15%~35%之間，獲得高擴(kuò) 孔性能和高強(qiáng)度相結(jié)合的優(yōu)良機(jī)械性能。本發(fā)明制備的800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼屈 服強(qiáng)度2 68010^，抗拉強(qiáng)度2 80010^，延伸率2 17%，且厚度為2.8~6臟，擴(kuò)孔率2 85%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼，其特征在于:化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:0.04% < C < 0.08%，0.5%<Si < 0.8%，0.5%< Μη <1.6%，P < 0.005%，S < 0.004%，N < 0·004%，0·15% < Ti < 0·18%，0·15% <Cr < 0·25%，0·03%< Nb < 0.05%，其余為Fe 及不可避免的雜質(zhì)元素。2. 如權(quán)利要求1所述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼，其特征在于:所述熱乳高強(qiáng)度 擴(kuò)孔鋼的屈服強(qiáng)度2 68010^，抗拉強(qiáng)度2 80010^，延伸率2 17%，且2.8~6臟厚度鋼板的擴(kuò) 孔率2 85%;微觀組織為鐵素體+貝氏體雙相組織結(jié)構(gòu)，貝氏體體積百分比含量在15%~35% 之間。3. -種800MPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、板坯連鑄、板坯 加熱、粗乳、精乳、冷卻和卷曲工藝，其特征在于:所述板坯成分的質(zhì)量百分比為:0.04% < C < 0.08%，0.5%<Si < 0.8%，0.5%< Mn <1.6%，P < 0.005%，S < 0.004%，N < 0·004%，0·15% < Ti < 0·18%，0·15% <Cr < 0·25%，0·03%< Nb < 0.05%，其余為Fe 及不可避免的雜質(zhì)元素。4. 如權(quán)利要求3所述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述 冷卻工藝采用三段式層流冷卻，第一段采用水冷冷卻至中間溫度630~750°C;第二段采用 空冷，空冷時(shí)間5~10S;第三段采用水冷方式冷卻到卷曲溫度350~450°C。5. 如權(quán)利要求4所述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述 三段式層流冷卻的第一段水冷冷速為40~60°C/S，第三段水冷冷速>100°C/S。6. 如權(quán)利要求3或4所述的一種SOOMPa級(jí)熱乳高強(qiáng)度擴(kuò)孔鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于： 所述板坯加熱工藝中板坯加熱溫度1200~1250°C，加熱時(shí)間180~210 min，均熱時(shí)間35~ 55 min； 所述粗乳工藝:熱乳粗乳壓下率控制在60~80%，中間坯溫度1000~1070°C; 所述精乳工藝:精乳壓下率控制在75~95%，終乳溫度850~900°C。 所述卷曲工藝:卷曲溫度為350°C~450°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/12GK105821301SQ201610249520
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】賈國(guó)生, 李俊生, 蘇振軍, 劉自權(quán), 程迪, 李守華, 孫電強(qiáng), 石建強(qiáng)
【申請(qǐng)人】河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司