一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法
【專利摘要】一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為：C：0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；且，需同時(shí)滿足下述關(guān)系式：（[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]）≥0.005。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板擴(kuò)孔率λ≥50%，滿足我國(guó)汽車工業(yè)底盤高強(qiáng)輕量化生產(chǎn)需求。
【專利說明】一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高擴(kuò)孔鋼板，特別涉及一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱軋及熱軋酸洗板廣泛應(yīng)用于汽車底盤、車輪及車身結(jié)構(gòu)零件，它們占汽車用鋼的28%左右。通過汽車零件翻邊和局部擴(kuò)孔形狀設(shè)計(jì)可提高零件的強(qiáng)度和剛性，達(dá)到汽車鋼板減薄和輕量化的目的。鋼板的擴(kuò)孔性能與鋼板的成分、強(qiáng)度和組織均勻性有關(guān)，傳統(tǒng)780MPa鋼板(80公斤級(jí)別)采用低合金析出強(qiáng)化，鋼板的擴(kuò)孔率在30~40%之間。隨著汽車輕量化發(fā)展，越來(lái)越多的車型采用780MPa級(jí)別的熱軋酸洗板生產(chǎn)汽車底盤件，如控制臂，通過提高強(qiáng)度，達(dá)到輕量化的目的。鋼板的擴(kuò)孔率隨著鋼板強(qiáng)度提高而降低，傳統(tǒng)的低合金析出強(qiáng)化鋼由于擴(kuò)孔率低，不能滿足汽車底盤、懸臂零件成形要求，高級(jí)別的高擴(kuò)孔鋼已成為汽車鋼板的一個(gè)重要品種之一。
[0003]中國(guó)專利W02004092681 (CN1756653)采用 C:0.04 ~0.15%、S1: 1.5% 以下、Mn:0.5 ~1.6%、P:0.04% 以下、S:0.005% 以下、Al:0.04% 以下、Ti:0.03 ~0.15%、Mo:0.03~0.5%成分，生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度780MPa的擴(kuò)孔鋼，精軋后采用兩段式冷卻方式，即熱軋后的鋼板以20°C /s以上的平均冷卻速度一次冷卻至700~850°C的溫度區(qū)域；對(duì)所述冷卻后的鋼板在680°C以上的溫度區(qū)域空冷超過Is時(shí)間；將所述保持后的鋼板以30°C /s以上的平均冷卻速度二次冷卻至550°C以下的溫度區(qū)域并進(jìn)行卷取。但在熱軋生產(chǎn)中，熱軋軋制中帶鋼速度變化大，采用兩段式冷卻模型控制層流冷卻，鋼板實(shí)際溫度波動(dòng)大，易導(dǎo)致鋼卷頭中尾性能波動(dòng)很大。同時(shí)采用添加貴金屬M(fèi)o元素，產(chǎn)生成本高，采用較高含量鈦合金元素進(jìn)行強(qiáng)化，又不對(duì)N含量進(jìn)行控制，勢(shì)必導(dǎo)致力學(xué)性能波動(dòng)較大。其金相組織為鐵素體貝氏體雙相組織。
[0004]專利W0200246486(CN1479797)采用 C:0.01 ~0.15%、Si:0.3 ~2%、Mn:0.5 ~3%、P:≤ 0.03%、S ≤ 0.005%、Nb:0.01 ~0.05%, Ti:0.01 ~0.5%、，其中對(duì)上述組成的鋼
使軋制結(jié)束溫度為Ar3變態(tài)點(diǎn)~950°C進(jìn)行熱軋，然后以20°C /秒以上的冷卻速度冷卻到650~800°C，另外空冷2~15秒，再以20°C /秒以上的冷卻速度冷卻到350~600°C，然后卷取。該工藝采用兩段冷軋方式生產(chǎn)鐵素體和貝氏體雙相組織，抗拉強(qiáng)度大于690MPa的熱軋鋼板，其成分設(shè)計(jì)思路與本發(fā)明相類似，但其成分范圍太大，不對(duì)N含量進(jìn)行管理，會(huì)導(dǎo)致力鋼板產(chǎn)品學(xué)性能波動(dòng)和可制造性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度為780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造法，鋼板擴(kuò)孔率λ >50%，滿足我國(guó)汽車工業(yè)底盤高強(qiáng)輕量化生產(chǎn)需求。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~0.1%、Si0.5 ~1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、Al0.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%,Nb0.02 ~0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%,其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；且，需同時(shí)滿足下述關(guān)系式:([C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N] )-12/93 X [Nb])≤ 0.005。
[0008]進(jìn)一步,鋼板厚度為2.0~5.0_。
[0009]在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)中:
[0010]C:用于形成足夠碳化物強(qiáng)化相，以保證鋼的強(qiáng)度，C太低強(qiáng)度達(dá)不到要求，同時(shí)由于鈦、鈮與碳形成碳化物析出，鋼中碳的固溶碳含量過低或固溶碳含量為零，造成板坯熱塑性劣化，可能導(dǎo)致板坯斷坯現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定性和可制造有影響。本發(fā)明要求鋼板固溶碳含量大于50ppm，固溶碳的計(jì)算公式按(I)式。C含量過高鋼板強(qiáng)度偏高，高碳含量使析出碳化物顆粒粗大也不利于鋼板擴(kuò)孔性能。合理的C含量范圍為0.02~0.10%，優(yōu)選的碳含量在0.04~0.07%之間。
[0011]S1:鋼中硅起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)添加硅有助于改善鋼板的延伸率。鋼中含硅容易使鋼板表面產(chǎn)生紅鐵皮等表面缺陷，使酸洗板表面粗糙度不均勻，對(duì)表觀質(zhì)量有不良影響。另外，硅含量過高導(dǎo)致鋼板表面硅富集，對(duì)鋼板的磷化涂裝性能不利。本發(fā)明優(yōu)選的Si含量范圍是0.5~1.0%。
[0012]Mn:錳是固溶強(qiáng)化元素，錳含量提高使鋼的塑性下降，更容易造成連鑄板坯成分偏析，影響熱軋板的組織均勻性，對(duì)鋼板的擴(kuò)孔率不利。本發(fā)明的強(qiáng)度主要通過鈦、鈮合金元素進(jìn)行強(qiáng)化，錳含量可適當(dāng)降低，并通過控制Mn/Si的適當(dāng)比例，可獲得鋼板強(qiáng)度-塑性_擴(kuò)孔率二者平衡性能。
[0013]P:磷是鋼中的雜質(zhì)元素,含量應(yīng)越低越好,但追求過低的磷含量會(huì)增加冶煉成本。但過高磷含量將影響鋼板焊接性，磷含量控制在0.02%以下，可滿足鋼板生產(chǎn)成本控制和用戶使用的要求。
[0014]S:是鋼中的雜質(zhì)元素,含量應(yīng)越低越好，S在鋼中易形成MnS,鋼中硫化物數(shù)量和形態(tài)直接影響鋼板的擴(kuò)孔率，S必須低于0.003%，最好低于0.002%。
[0015]Al:是鋼中的脫氧元素。減少鋼中的氧化物夾雜、純凈鋼質(zhì)，有利于提高鋼板的成形性能。T.Al:0.02~0.06%，不宜過低，但過高時(shí)影響連鑄生產(chǎn)。
[0016]Nb:是重要的強(qiáng)化元素之一。Nb在軋制結(jié)束后的冷卻中或卷取后以碳化物的形式微細(xì)析出，利用析出強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度。當(dāng)鈮含量較高時(shí)，鈮的強(qiáng)化效果減弱，考慮到鈮合金的高價(jià)格，鈮含量控制在0.05%以下比較合適。
[0017]T1:鈦合金是本發(fā)明的主要強(qiáng)化合金元素，其合金價(jià)格比鈮合金低，通過添加較高含量的鈦合金獲得高強(qiáng)度。Ti的范圍為0.05~0.15%，Ti/C重量比應(yīng)在2~5之間比較合適。
[0018]N:是夾雜元素，氮在高溫條件下就與鈦反應(yīng)形成TiN顆粒析出，過大氮化鈦顆粒會(huì)成為鋼板局部變形微裂紋的誘發(fā)點(diǎn)，影響擴(kuò)孔率，必須對(duì)鋼水的氮含量進(jìn)行控制，氮含量小于 0.005%。
[0019]Ca:加鈣可改變鋼中硫化物的形態(tài)，使長(zhǎng)條MnS夾雜轉(zhuǎn)化球狀CaS夾雜，對(duì)提高鋼板的韌性和擴(kuò)孔率有利，考慮到已對(duì)鋼中硫含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，鈣含量Ca < 0.0050%。
[0020]Mg:添加微量的Mg后，鋼中細(xì)小MgO、MgS析出物成為TiN、TiC析出物的形核點(diǎn)，起到分散和細(xì)化TiN、TiC析出物，可改善鋼板擴(kuò)孔率。
[0021]本發(fā)明的抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板的制造方法，其包括如下步驟:
[0022]I)冶煉、鑄造
[0023]按下述成分冶煉、連鑄成板坯，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~0.1%、Si0.5 ~1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、A10.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%,Nb0.02 ~0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%,其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì);且，需同時(shí)滿足下述關(guān)系式:([C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N])-12/93X [Nb])≤0.005 ;采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，鋼水經(jīng)過RH真空脫氣處理、LF爐脫硫處理，鋼水硫含量小于
0.003% ；
[0024]2)熱軋
[0025]連鑄坯熱送到熱軋加熱爐，連鑄板坯再加熱溫度1200~1260°C，終軋溫度為860 ~930。。；
[0026]3)冷卻
[0027]帶鋼板完成終軋后，帶鋼進(jìn)入層冷段，采用常規(guī)冷卻至帶鋼溫度450~550°C時(shí)進(jìn)行卷取；
[0028]4)酸洗
[0029]自然冷卻到50°C以下的熱軋鋼卷通過酸洗機(jī)組在熱鹽酸溶液去除鋼板的氧化鐵皮，酸洗鋼板經(jīng)過漂洗、擠干、烘干后涂油處理。
[0030]在本發(fā)明制造方法中，鋼水通過轉(zhuǎn)爐冶煉，RH+LF爐雙重爐外精煉處理，確保S含量低于0.002%,并進(jìn)行Ca處理改善硫化物形態(tài)。熱態(tài)板坯直接熱送到熱軋加熱爐或在保溫坑存放，防止板坯快冷產(chǎn)生斷坯現(xiàn)象。在熱軋工藝中，加熱溫度為1220~1260°C，終軋溫度為870~930°C,米用常規(guī)一段式冷卻方式，以大于20°C /s的冷卻速度冷卻，鋼板在450~550°C溫度下卷取，鋼卷卷取后空冷至室溫。鋼板卷取溫度過高，導(dǎo)致帶狀組織出現(xiàn)，使鋼板擴(kuò)孔率降低。卷取溫度過低，造成鋼板強(qiáng)度升高，延伸率下降。優(yōu)選的卷取溫度范圍在 480 ~540°C。
[0031]酸洗前的鋼卷溫度小于60°C，最好低于50°C，鋼板開卷后通過加熱鹽酸溶液(酸洗溶液溫度70~85°C)去除鋼板表面的氧化鐵皮，酸洗后鋼板經(jīng)水漂洗、烘干，涂防銹油后卷取。
[0032]本發(fā)明提供的這種熱軋高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼板，抗拉強(qiáng)度達(dá)到780MPa，擴(kuò)孔率大于50%。采用低碳含S1、Mn、Nb、Ti成分，不含Mo、Cr等元素，熱軋精軋后無(wú)需復(fù)雜兩段控制冷卻技術(shù)，采用常規(guī)一般層流冷卻工藝就可實(shí)現(xiàn)，熱軋鋼板無(wú)需熱處理，本發(fā)明工藝生產(chǎn)易于控制，生產(chǎn)成本較低，具有一定的先進(jìn)性。該鋼板具有良好的擴(kuò)孔性能、成形性能、冷加工性能，主要用于汽車底盤、控制臂等復(fù)雜形狀零部件成形加工。
[0033]擴(kuò)孔率評(píng)價(jià)方法，按下述步驟計(jì)算擴(kuò)孔率(λ:單位為％)。取150 X 150mm的熱軋或酸洗鋼板上，作為初期孔徑(d[l])，開直徑IOmm的沖孔，使用頂角60°的圓錐沖頭擴(kuò)張?jiān)摏_孔。測(cè)定沖孔部分產(chǎn)生的裂紋貫通板厚時(shí)的孔徑(d[2])，由下式計(jì)算出擴(kuò)孔率。在本發(fā)明中，λ為50%以上為合格。
[0034]擴(kuò)孔率(入)=[(d[2]-d[l])/d[l]]X100
[0035]本發(fā)明抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼的金相組織為單相鐵素體。實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)孔性的主要是依靠以下幾方面:
[0036]1、鋼質(zhì)純潔度，通過RH+LF精煉處理，降低鋼水雜質(zhì)元素含量，特別是S含量，進(jìn)而降低鋼板的夾雜數(shù)量，并通過Ca處理，使長(zhǎng)條的MnS夾雜轉(zhuǎn)化為球狀的CaS夾雜，減少鋼板在翻邊過程中非金屬夾雜對(duì)基體連續(xù)性的破壞。
[0037]2、組織均勻性，采用合理成分設(shè)計(jì)和熱軋工藝控制，可以使材料的晶粒細(xì)小，組織均勻，防止組織偏析和帶狀組織發(fā)生，減緩鋼板在局部變形過程中開裂的敏感性。
[0038]3、均勻的鐵素體單相組織，減少鋼板在局部變形過程中不同相之間硬度差易導(dǎo)致開裂的敏感點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明實(shí)施例4鋼板的金相組織。鐵素體單相組織，組織均勻，無(wú)中心偏析及帶狀組織。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0041]表1為本發(fā)明實(shí)施例鋼的成分，表2為本發(fā)明實(shí)施例鋼的熱軋工藝。表3為本發(fā)明實(shí)施例鋼額力學(xué)性能。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例試樣通過轉(zhuǎn)爐冶煉、RH+LF雙重精煉處理，連鑄、板坯加熱溫度加1200~1260°C，終軋溫度為860~930°C，以大于30°C /s的冷卻速度冷卻，鋼板在480~580°C溫度下卷取，鋼卷卷取后空冷至室溫。
[0043]對(duì)比例1、對(duì)比例2為一般同級(jí)別的商用材。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度780MPa的高擴(kuò)孔鋼，鋼板強(qiáng)度、延伸率、擴(kuò)孔率達(dá)到較好的平衡，可滿足汽車底盤高強(qiáng)輕量化的生產(chǎn)需求。圖1是產(chǎn)品鋼板的金相組織，無(wú)帶狀組織，均勻的鐵素體組織。
[0044]綜上所述，本發(fā)明鋼各元素 范圍較窄，可控性強(qiáng)，采用鈣處理，對(duì)氮元素進(jìn)行管理，有效控制硫化物夾雜形態(tài)以及TiN析出物尺寸和數(shù)量，其鋼板產(chǎn)品可得到穩(wěn)定的力學(xué)性能和翻邊擴(kuò)孔性能。
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~0.1%、Si0.5 ~1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、A10.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%,Nb0.02 ~0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%,其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì);而且，需同時(shí)滿足下述關(guān)系式:([C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N])-12/93X [Nb])≥0.005 ;鋼板擴(kuò)孔率λ≥50%ο
2.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其特征是，所述碳含量在.0.04~0.07%,以重量百分比計(jì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其特征是，所述高擴(kuò)孔鋼板厚度為2.0~5.0mm。
4.一種抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板的制造方法，其包括如下步驟: 1)冶煉、鑄造 按下述成分冶煉、連鑄成板坯，其化學(xué)成分重量百分比為:C0.02~0.1%、Si0.5~.1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、A10.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%, Nb0.02 ~.0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；且，需同時(shí)滿足下述關(guān)系式:[C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N])-12/93X [Nb]≥0.005 ;采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，鋼水經(jīng)過RH真空脫氣處理、LF爐脫硫處理，鋼水硫含量小于0.003% ； 2)熱軋 連鑄坯熱送到熱軋加熱爐，連鑄板坯再加熱溫度1200~1260°C，終軋溫度為860~.930 0C ； 3)冷卻 帶鋼板完成終軋后，帶鋼進(jìn)入層冷段，采用常規(guī)冷卻至帶鋼溫度450~550°C時(shí)進(jìn)行卷??； 4)酸洗 自然冷卻到50°C以下的熱軋鋼卷通過酸洗機(jī)組在熱鹽酸溶液去除鋼板的氧化鐵皮，酸洗鋼板經(jīng)過漂洗、擠干、烘干后涂油處理。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK103602895SQ201310628170
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】鄭建平, 龐厚君 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司