專利名稱：一種抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冷軋鋼板及制造方法，特別涉及一種抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板及制造方法，該鋼具有冷彎性能優(yōu)異，抗延遲開裂性能優(yōu)良的特點。
背景技術：
汽車工業(yè)出于減重的需要，要求使用更高強度的鋼板。其中，抗拉強度在900MPa及其以上的超高強度鋼越來越成為汽車制造業(yè)的首選，因為這種強度級別的鋼，能有效減輕汽車車身重量，提高安全性。高強鋼板在汽車制造過程中，其變形能力主要受裂紋發(fā)生和擴展控制，因此，對于局部成形能力要求很高，也即對擴孔率和彎曲性能要求較高。傳統(tǒng)的高強鋼，往往具有較低的屈強比和較高的延伸率，具備了不錯的拉延成形能力，但由于局部成形性不足在制造以彎曲、反復彎曲和擴孔等成形方式為主的高強鋼部件時，容易發(fā)生沖裂、縮頸等缺陷。高強鋼中一般含有較高合金元素，鑄造過程中容易發(fā)生成分偏析，造成后續(xù)的材料由于成分和組織的不均勻，造成局部變形能力下降，即擴孔率和冷彎性差等。另·夕卜，鋼中均不可避免存在夾雜物，塑性夾雜物在鋼的軋制過程中會發(fā)生延展，成為微觀裂紋源，進一步降低鋼的局部成形能力。高強鋼還存在延遲開裂的可能，鋼板在成形后一般存在內應力，此時如果受到氫的侵襲，氫聚集在裂紋尖端會造成裂紋的擴展，在內應力的作用下呈現(xiàn)逐步裂紋擴展和最終開裂的“延遲開裂現(xiàn)象”。延遲開裂對應高強鋼應用是一個重要的問題，由于延遲開裂不容易發(fā)現(xiàn)，在零件使用過程中逐步發(fā)生，可能造成一系列事關安全的問題。日本專利特開平11-350038公開一種延性和成形性好的980MPa的鋼，其成分設計為，C 0. 1-0. 15%, Si 0. 8-1. 5%, Mn 1. 5-2. 0%, P 0. 01-0. 05%, S 彡 O. 005%, Sol Al O. 01-0. 07%, N S O. 01%, Nb 0. 001-0. 02%, V 0. 001-0. 02%, Ti 0. 001-0. 02%中的一種或以上。碳當量=(C+Mn/6+Si/24) = O. 4-0. 52，在Ar3以上熱軋，500-650°C卷取，在Acl-AC3之間保溫，冷卻到580-720°C，快冷到室溫后，在230-300°C過時效。日本專利昭63-38526介紹一種彎曲性能優(yōu)良的高強度鋼板及其制造方法，CO. 1-0. 2%, Si ( O. 7%, Mn 1. 5-2. 5%, S 彡 O. 008%, Al ·.( O. 1%, Ti 0. 05-0. 15%，或加Ca :0. 005%。通過850-950°C終軋，500-650°C卷取，在再結晶溫度以上930°C以下退火，3-2000C /s冷卻，然后保溫2-10分鐘，保溫溫度控制在1100°C 退火溫度和1200°C 退火溫度之間，最終得到IOOkg的高強鋼，彎曲半徑可以達到O. 5 1mm。典型冷卻速度70°C /
So以上專利的成分特點是含碳量在O. I %以上，并且含錳量較高。當含碳量高于
O.1%時，凝固過程中容易出現(xiàn)柱狀晶快速生長的情況，并且柱狀晶之間的空隙較大，溶質富集的鋼水容易流入到柱狀晶間隙，造成偏析的加劇，加之Mn含量較高，偏析程度高且難以消除，因此對于組織、性能的均勻性和冷彎性能均不利，微觀上容易導致性能波動和不均勻，縱向彎曲性能不理想，各向異性大，并且抗延遲開裂的性能不理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板及制造方法，通過合理的成分設計和工藝設計，獲得抗拉強度900MPa以上的冷彎性能和抗延遲開裂性能優(yōu)良的冷軋高強度鋼，該鋼的特點是組織細小均勻，冷彎性能優(yōu)異；同時，鋼的抗延遲開裂性能優(yōu)良，使其符合汽車安全件和結構件制造的要求。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明鋼針對高強度鋼對局部成形性要求較高的問題，通過適當?shù)某煞衷O計和工藝設計，在正常的工序條件下，就能得到優(yōu)良綜合力學性能。具體措施是，通過碳、硅、錳、硼、鈦、氮、Ca的合理設計，獲得理想的組織和碳化物分布，降低偏析傾向，獲得理想的組織均勻性。選擇較低的含碳量范圍，從而控制鋼的凝固過程，減小澆鑄過程中柱狀晶的過分生長，降低C、Mn、S、P在鋼中的偏析，從而減輕帶狀組織；選擇較低的Si含量，有利于減少鋼板表面紅銹等缺陷，采用較低的錳含量，一方面降低了熱軋、冷軋工序的加工應力，同時有 利于避免難以消除的嚴重偏析，為了彌補Mn含量低的不足，添加一定的B元素以保證淬透性，B是間隙元素，具有較好的擴散性，其偏析較容易消除或改善。整個成分控制以減少偏析，降低帶狀組織為主要思路。控制氮的含量水平在較高的范圍內，同時加入超過化學計量比的Ti，保證生成足夠的TiN，做為氫入侵的陷阱，避免氫聚集在微裂紋尖端，減輕氫致延遲開裂。低S設計，加Ca改善夾雜物形狀，改善夾雜物對冷彎性能的不良影響。同時高出化學計量比的Ti以TiC的形式析出，有利于細化組織，改善組織均勻性。熱軋工藝采用了較高終軋溫度和正常偏低的卷取溫度，既能保證組織均勻，又能細化晶粒；退火時不能較高的的退火保溫溫度，和充分的包溫時間，以盡量實現(xiàn)成分均勻，避免帶狀形成，同時冷卻到700°C以上就就以高速卻到200°C以下，以避免擴散性偏析，同時獲得均勻細化的組織。最終產品碳當量低、表面質量高，同時擁有好的冷彎性能和抗延遲開裂性能。具體地，本發(fā)明的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板，其成分重量百分比為C :0. 06 O. 095wt%,Si 0. I O. 4wt%,Mn :1. 2 I. 6wt%，B :0. 001 O. 004%，P O. 015wt%,S O. 004wt%,N :0. 003 O. 007wt%，Nb :0. 01 O. 03wt%，Ti :0. 03 O. 06%，Al :0. 015 O. 045wt%， Ca 0. 002 O. 007wt%，余量為Fe和不可避免雜質。優(yōu)選地，其成分重量百分比為C 0. 07 O. 09wt %, Si :0. 15 O. 35wt %, Mn I. 2 I. 6wt %，B 0. 002 O. 004 %，P :彡 O. Olwt %, S ^ O. 002wt %, N 0. 0035
O.0055wt%,Nb 0. 01 O. 03wt%,Ti :0. 035 O. 05%,Al :0. 02 O. 04wt%,Ca :0. 003
O.006wt%。
在本發(fā)明鋼的成分設計中C :影響馬氏體的硬度和含量，對強度影響很大。含碳量高對焊接性不利同時澆鑄過程中柱狀晶易長大，造成晶間偏析。本發(fā)明選擇含碳量在O. 06-0. 095wt%之間，可以有效避免柱狀晶的過度生長，含碳量如果低于O. 06%，強度不夠；如果高于O. 095%，柱狀晶發(fā)達，不易形成等軸狀鐵素體晶粒。Si :在鋼中起到提高延伸率的作用。Si對鋼的組織影響也很大。Si容易在表面富集形成氧化膜。Si的控制范圍是O. 1-0.4%，如果高于0.4%，容易影響表面質量。
Mn :可提高鋼的淬透性，有效提高鋼的強度，Mn在鋼中偏析，在熱軋過程中容易被軋制成成帶狀分布的Mn富集區(qū)，形成帶狀組織，不利于冷彎性能。選取Mn的含量為I. 2-1. 6%,配合低碳設計,大大改善帶狀組織的發(fā)生。B :可提高鋼的淬透性，有效提高鋼的強度；在不加Mo的情況下，加B
O.002-0. 004%,低于O. 002%的B,強度不夠，高于O. 004%的B強度偏高。P :在鋼中為雜質元素，要求彡O. 015wt%。S :在鋼中為雜質元素，形成MnS嚴重影響擴孔率，要求彡O. 004%。Al :在鋼中起到了脫氧作用和細化晶粒的作用，要求Al :0. 015-0. 045wt%。N:在鋼中和Ti反應生成TiN，TiN可以做為氫陷阱，形成一定量后對改善氫致延遲開裂有好處，要求O. 003-0. 007wt%。過低TiN析出少改善延遲開裂的作用不明顯，過高對冷彎不利。Ti :0. 02-0. 045%，起到固定氮元素和細化晶粒的作用。Nb :為析出強化元素，起到調節(jié)強度的作用，要求分布在O. 01-0. 03wt%之間。Ca :對MnS改性，使之形成分散和短的夾雜物，有利于改善冷彎性能。Ca的添加量應保證Ca/S > I. 5。本發(fā)明成分設計為多種元素的復合作用共同產生有益的效果。在提高冷彎性能方面，通過低碳設計，輔以錳、硼的復合添加，以及Ca處理和微合金細化晶粒。采用較低的碳，并且采用合理的連鑄冷卻工藝，可以減小澆鑄過程中柱狀晶的生長，最終獲得塊狀鐵素體+彌散分布的碳化物的鑄造組織。由于碳化物成彌散分布的小顆粒分布在鐵素體基體上，因此有效減輕了 C、Mn在鋼中的偏析，從而減輕帶狀組織；可以避免形成連續(xù)分布的帶狀馬氏體組織。在淬硬性元素方面，采用較低的錳含量，輔以擴散性較好的B，有利于減輕偏析和消除難以消除的嚴重偏析。采用低S設計，加Ca改善夾雜物形狀。減輕了夾雜物對冷彎性能的不良影響。在延遲開裂性能的改進方面，一方面采用低碳設計，可以降低形成的馬氏體的硬度，通過提高馬氏體量來提高鋼的強度，較軟的馬氏體對裂紋擴展的抑止作用較好。同時，由于鋼的偏析較輕微，鋼中富碳和富Mn的成分偏析區(qū)較少，不會形成高硬度的馬氏體相，因此，進一步提高了鋼的抗延遲開裂性能。同時加入超過化學計量比的Ti，保證生成足夠的TiN，做為氫入侵的陷阱，避免氫聚集在微裂紋尖端，減輕氫致延遲開裂。同時高出化學計量比的Ti以TiC的形式析出，有利于細化組織，改善組織均勻性。本發(fā)明的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板的制造方法，其包括如下步驟I)冶煉，按上述成分冶煉，深脫S，轉爐加精煉，將S控制在O. 004%以下，減少MnS夾雜；
2)連鑄，O. 9 I. 4米/分的連鑄拉速，有助于夾雜物上浮和減小偏析；3)熱軋，加熱至1200 1280°C后熱軋，終軋溫度840 940°C，軋后快速冷卻，冷卻速度15 400C /s，冷卻到500 620°C之間卷??；4)冷軋,40 65%壓下率；5)退火，830 860°C保溫，保溫60 200s ；5 10°C /s冷卻到700 750°C之間，以水冷的方式冷卻到300°C以下，然后在200 300°C回火100 400s后，再經(jīng)過O. I
O. 3%平整。進一步，所述的連鑄拉速為I I. 2米/分。又，所述的熱軋步驟中，加熱至1220 1260°C，終軋溫度860 920°C，軋后均勻快速冷卻,冷卻速度20 40°C /s，冷卻到520 600°C之間卷取?！ち硗?，所述的退火工藝中，保溫溫度840 860°C，保溫80 IOOs ;5 10°C /s冷卻到720 750°C之間，以水冷的方式冷卻到200°C以下，然后經(jīng)過200 300°C回火100 400s后，再經(jīng)過O. I O. 3%平整。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明鋼的特點主要針對冷彎性能的提高和抗延遲開裂性能的改善兩個方面。通過低碳設計，輔以錳、硼的復合添加，以及Ca處理和微合金細化晶粒，并有效減輕了 C、Mn在鋼中的偏析，減輕帶狀組織，同時夾雜物形狀得到改善，從而改善了鋼的冷彎性能。另外，通過采用低碳設計，可以降低形成的馬氏體的硬度，較軟的馬氏體對裂紋擴展的抑止作用較好。同時，由于鋼的偏析較輕微，不會形成極高硬度的馬氏體相，因此，對提高抗延遲開裂性能有利。同時加入超過化學計量比的Ti，保證生成足夠的TiN，做為氫入侵的陷阱，避免氫聚集在微裂紋尖端，減輕氫致延遲開裂。此外，本發(fā)明熱軋工藝采用了較高終軋溫度和較低的卷取溫度，既能保證組織均勻，又能細化晶粒；退火時用較高的的退火保溫溫度，和充分的保溫時間，以盡量實現(xiàn)成分均勻，避免帶狀形成。本發(fā)明鋼的組織中馬氏體分布均勻，帶狀組織輕微，夾雜物數(shù)量少且分布均勻；按照本發(fā)明可以制造出強度900MPa以上的高強鋼，冷彎性能好，抗延遲開裂性能優(yōu)良，同時，碳當量低，有利于焊接，表面質量好。本發(fā)明的高強度鋼性能均衡穩(wěn)定，能很好地適應汽車零部件制造的需要。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步說明。表I為本發(fā)明鋼實施例的化學成分。表2為本發(fā)明鋼的工藝。表3為本發(fā)明鋼經(jīng)冶煉、熱軋、冷軋、退火和平整后得到的性能強度。從表3可以看出，按照本發(fā)明可以制造出強度900MPa以上的高強度雙相鋼，其冷彎性能良好。采用U彎測試其延遲開裂特性，試樣尺寸為150mmX 20mm的矩形試樣U彎直徑為80mm，將試樣彎成U型，并用螺栓固定。配制5%的HCl溶液，在室溫下將試樣浸入溶液，記錄試樣裂紋起裂時間和斷裂時間。對比鋼I取自市售常規(guī)IOOOMPa高強鋼，對比鋼2為強度為600MPa的沒有延遲開裂傾向的鋼。對比鋼I能夠基本滿足使用要求，可能存在延遲開裂的傾向；而對比鋼2強度低，沒有延遲開裂傾向，選取做為對比本發(fā)明的延遲開裂特性?？梢钥吹奖景l(fā)明鋼在延遲開裂模擬測試的表現(xiàn)明顯優(yōu)于對比鋼1，達到了和對比鋼2同等的水平，表明本發(fā)明相對于同強度級別的高強鋼，其延遲開裂特性有較大改善，接近了沒有延遲開裂傾向的低強度級別鋼種。表I單位wt %
權利要求
1.一種抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板，其成分重量百分比為C :0. 06 O. 095wt%,Si 0. I O. 4wt%，Mn :1. 2 I. 6wt%,B 0. 001 O. 004%,P :≤ O. 015wt%,S:≤ O. 004wt%,N 0. 003 O. 007wt%,Nb 0. 01 O. 03wt%,Ti 0. 03 O. 06%,Al 0. 015 O. 045wt%,Ca 0. 002 O. 007wt%, 余量為Fe和不可避免雜質。
2.如權利要求I所述的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板，其特征是，其成分重量百分比優(yōu)選為 C :0· 07 O. 09wt%,Si 0. 15 O. 35wt%,Mn :1. 2 I. 6wt%,B :0. 002 O. 004%,P ^ O. Olwt %, S ^ O. 002wt %, N 0. 0035 (λ 0055wt %, Nb 0. 01 (λ 03wt %, Ti O.035 O. 05 %，Al :0. 02 O. 04wt %, Ca 0. 003 O. 006wt %。
3.如權利要求I或2所述的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板的制造方法，其包括如下步驟 1)冶煉，按上述成分冶煉，深脫S，轉爐加精煉，將S控制在O.004%以下，減少MnS夾雜； 2)連鑄，O.9 I. 4米/分的連鑄拉速，有助于夾雜物上浮和減小偏析； 3)熱軋，加熱至1200 1280°C后熱軋，終軋溫度840 940°C，軋后快速冷卻，冷卻速度15 400C /s，冷卻到500 620°C之間卷?。? 4)冷軋，40 65%壓下率； 5)退火，830 860°C保溫，保溫60 200s；5 10°C /s冷卻到700 750°C之間，以水冷的方式冷卻到300°C以下，然后在200 300°C回火100 400s后，再經(jīng)過O. I O. 3%平整。
4.如權利要求3所述的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板的制造方法，其特征是，所述的連鑄拉速為I 1.2米/分。
5.如權利要求3所述的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板的制造方法，其特征是，所述的熱軋步驟中，加熱至1220 1260°C，終軋溫度860 920°C，軋后均勻快速冷卻，冷卻速度20 400C /s，冷卻到520 600°C之間卷取。
6.如權利要求3所述的抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板的制造方法，其特征是，所述的退火工藝中，保溫溫度840 860°C，保溫80 IOOs ;5 10°C /s冷卻到720 750°C之間，以水冷的方式冷卻到200°C以下，然后經(jīng)過200 300°C回火100 400s后，再經(jīng)過O. I O.3%平整。
全文摘要
一種抗拉強度900MPa以上冷軋鋼板及制造方法，其成分重量百分比為C0.06～0.095wt％，Si0.1～0.4wt％，Mn1.2～1.6wt％，B0.001～0.004％，P≤0.015wt％，S≤0.004wt％，N0.003～0.007wt％，Nb0.01～0.03wt％，Ti0.03～0.06％，Al0.015～0.045wt％，Ca0.002～0.007wt％，余量為Fe和不可避免雜質。本發(fā)明通過合理的成分設計和工藝設計，獲得抗拉強度900MPa以上的冷彎性能和抗延遲開裂性能優(yōu)良的冷軋高強度鋼，該鋼的特點是組織細小均勻，冷彎性能較佳。同時，鋼的抗延遲開裂性能優(yōu)良，使其符合汽車安全件和結構件制造的要求。
文檔編號C21D1/18GK102953001SQ201110253388
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者朱曉東, 李旭飛, 杜培芳 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司