專利名稱：一種熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及到一種熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
烘烤硬化性能即Baking Hardening Ability，簡稱“BH性”，系指鋼在退火、平整后的供貨狀態(tài)下有較低的屈服強(qiáng)度，經(jīng)過沖壓成形、噴漆烘烤后屈服強(qiáng)度得到一定程度增加的性能。烘烤硬化鋼歸屬于汽車用薄鋼系列，主要用于制造汽車覆蓋件(卡車駕駛室)和車身部件，對烘烤硬化鋼的基本性能要求①鋼的總伸長率和均勻伸長率；②鋼的塑性應(yīng)變比(r)和應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)(η)；③沖壓成形性能；④抗凹陷性能；⑤抗沖擊性能；⑥焊接性能。汽車用鋼可用性的主要技術(shù)要求是深沖性與抗凹陷性能。為解決深沖性能與抗凹陷性能的矛盾，開發(fā)了熱軋耐腐蝕烘烤硬化IF鋼。其優(yōu)點(diǎn)為①耐腐蝕性比普通低碳鋼或 BH鋼高1倍以上；②比普通鋼強(qiáng)度高100 150MPa，具有極強(qiáng)的抗凹性；③深沖性比普碳鋼更優(yōu)秀；④成本低于普碳鋼。以超低碳無間隙原子鋼(IF鋼)為代表的第三代產(chǎn)品是超深沖鋼。這是20世紀(jì) 80年代以來所開發(fā)的以超低碳為基本成分，IF鋼為主要代表的新一代汽車薄鋼系列產(chǎn)品。 它具有極強(qiáng)烈的{111}織構(gòu)、純凈的鋼質(zhì)以及較粗大的鐵素體晶粒，從而獲得超深沖性。目前，世界各國都在競相研制和開發(fā)由IF鋼所繁衍的超低碳系列產(chǎn)品的汽車薄鋼，預(yù)計(jì)不遠(yuǎn)的將來.超低碳系列產(chǎn)品格逐步取代第二代產(chǎn)品，使汽車薄鋼應(yīng)用水平上升到一個新高度。美國內(nèi)陸鋼鐵公司最早利用沖壓時的應(yīng)變和噴漆烘烤時的溫度條件，開發(fā)出BH 鋼板，提高了汽車鋼板構(gòu)件的強(qiáng)度。目前該公司已經(jīng)可以進(jìn)行低碳鋼、含磷鋼和超低碳鋼三個化學(xué)成分系列BH鋼種的生產(chǎn)；德國蒂森鋼鐵公司在20世紀(jì)80年代末期已經(jīng)能夠系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)BH鋼板，并同德國大眾、寶馬、戴姆勒-奔馳和沃爾沃等汽車公司合作，進(jìn)行高強(qiáng)度BH鋼板成形性和實(shí)際應(yīng)用的研究開發(fā)工作。法國阿賽洛集團(tuán)是當(dāng)今世界最大的汽車板生產(chǎn)商，該公司可生產(chǎn)160 300MPa級別的BH鋼板；日本各大鋼鐵公司在20世紀(jì) 80年代就普遍生產(chǎn)BH鋼板，但是目前通常采用連鑄、熱軋、連續(xù)退火的生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)， 生產(chǎn)效率較低。熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼是在IF鋼中加入耐腐蝕元素P、Cu，使生產(chǎn)的熱軋鋼同時具有優(yōu)異的深沖性能、相對較高的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性能，在熱軋后可直接酸洗、平整、 加工成形，省去了后續(xù)的冷軋、退火、鍍鋅等工序，生產(chǎn)企業(yè)不僅節(jié)省成本，也降低了能源消耗和污染氣體的排放，同時對汽車制造企業(yè)的用戶有利于汽車減重和延長汽車使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼及其制備方法，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、抗腐蝕性能好、使用壽命長；該鋼種可用作汽車零部件。根據(jù)上述目的，本發(fā)明整體的技術(shù)方案為本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是通過在理論上系統(tǒng)分析鋼中P、C、Ti、Mn、B等元素對耐蝕鋼性能的影響，同時兼顧生產(chǎn)成本及工藝，對這種新型耐蝕鋼的化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出相應(yīng)的生產(chǎn)方法，由此可獲得一種成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、抗腐蝕性能好、使用壽命長的熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼，并完全滿足汽車企業(yè)用戶要求。該鋼種成分特點(diǎn)是(1)碳含量盡可能低；( 硅含量要低；( 精煉采用硼微合金化技術(shù)；(4)鋼水經(jīng)Ca處理；(5)合理控制氮含量。根據(jù)上述目的和整體的技術(shù)方案，本發(fā)明具體技術(shù)方案為本發(fā)明的熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼板的化學(xué)組成成分(重量％ )為C 0. 005%, Si 彡 0. 05%, Mn 彡 0. 15%, P :0. 06 0. 080%, S 彡 0. 01%, Cu :0. 20 0. 35%, Ti 0. 015 0. 025%, B 0. 0010 0. 0020%, Als :0. 020 0. 030%, Ca :0. 0025 0. 0035%
余為狗。本發(fā)明所述的耐腐蝕烘烤硬化鋼金相組織結(jié)構(gòu)為鐵素體，晶內(nèi)有少量的滲碳體， 晶粒度低于9級。該鋼的性能抗拉強(qiáng)度Rm為340 350MPa,屈服強(qiáng)度Rel為265 280MPa,伸長率A80為41. 5 45. 5%，r90彡1. 2，n90彡0. 18，BH彡50MPa，相對腐蝕率不高于鍍鋅板的 50%,同等使用環(huán)境下壽命提高1. 0倍。本發(fā)明的制備方法包括煉鋼、連鑄、均熱、熱連軋、卷取工序，在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為在均熱工序溫度為1100 1150°C，熱連軋工序中終軋溫度880 930°C，卷取過程采用多段式控制冷卻，先由終冷溫度快速冷卻到720 760V，自然冷卻4 8s，卷取溫度為 650 700 0C ο經(jīng)Ca處理后，鋼中的夾雜物可以有效變性為以CaS為核心的硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，上浮后可從鋼水中去除，使鋼水潔凈度提高。采用控制軋制和控制冷卻熱軋后，該鋼板的抗拉強(qiáng)度Rm 為 340 350MPa，屈服強(qiáng)度 Rel 為 265 280MPa，伸長率 A8tl 為 41. 5 45. 5%，r90 彡 1. 2， n90彡0. 18，預(yù)變形2%后在170°C下加熱20min，BH彡50MPa，相對腐蝕率不高于鍍鋅板的 50%，同等使用環(huán)境下壽命可提高1. 0倍。該鋼耐蝕性的檢驗(yàn)方法采用GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定方法進(jìn)行測定，本試驗(yàn)中，將150mmX IOOmmX Imm的試樣磷化后涂漆，浸入50士5g/l的NaCl 溶液中，PH (6. 5 7. 2)，噴霧壓力(70 170) kPa，降霧量(1 2. 5)ml/h，測定產(chǎn)生銹層的時間和劃痕層離寬度及腐蝕寬度。本發(fā)明化學(xué)成分的設(shè)計(jì)依據(jù)為C 現(xiàn)代烘烤硬化鋼強(qiáng)度的增加歸根結(jié)底是由于填隙碳原子。本發(fā)明使用Ti形成的固溶氮化物來固定氮原子。氮在室溫時比碳原子的擴(kuò)散速率快，這使得它在室溫儲存過程中通過鐵素體基體和釘扎的位錯進(jìn)行擴(kuò)散。碳原子較慢的擴(kuò)散速率允許鋼在室溫保持六個月而不時效。碳含量增加，對應(yīng)的烘烤硬化性能也增加，這是由于更多的固溶原子可以更加有效的釘扎移動的位錯，簇狀物可以更加迅速的形成。研究表明，碳含量從0增加到40ppm，對應(yīng)的烘烤硬化性能從40MPa增加到70MPa ；進(jìn)一步增加固溶碳原子對烘烤硬化性能的增加沒有作用。隨碳含量的增加，形成的析出物也增加，導(dǎo)致基體強(qiáng)化，這會增加材料的抗拉強(qiáng)度，同時也會少量的影響屈服強(qiáng)度。但是隨著碳含量的增加，缺口韌性降低，而 HAZ(熱影響區(qū))硬度提高，并且鋼的延伸率隨之下降，當(dāng)碳含量偏高時，在快速加熱和冷卻的半平衡狀態(tài)下(如焊接)會發(fā)生局部包晶反應(yīng)，P、S很容易偏析到奧氏體晶界。因此對含P高的鋼，降低碳含量是改善缺口韌性、焊接性以及沖壓性最有效的辦法之一，因此本發(fā)明鋼將碳含量控制在0. 005%以下以保證產(chǎn)品鋼中固溶碳在15 25ppm。Si 硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，硅量增加，會降低鋼的焊接性能，而本發(fā)明所述的耐腐蝕鋼要求具有較低的強(qiáng)度和良好的可焊性能，因此，將硅含量設(shè)定為0. 05%以下。Mn 錳加入鋼中的主要作用為固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，而在耐腐蝕鋼中Mn的作用是有害的，因?yàn)槠湟子谛纬蒑nS，對耐蝕性危害較大(當(dāng)鋼中硫含量>0.01%)?？紤]到最終用戶需沖壓加工成型，就必須在耐蝕的前提下兼顧鋼的強(qiáng)度和塑韌性，因此本發(fā)明鋼的 Mn需控制在0. 15%以下。P:提高P含量對改善處于潮濕環(huán)境中的鋼耐蝕性是非常有效的，但是加入過量的磷會降低缺口韌性和焊接性能，且在后續(xù)加工過程會出現(xiàn)二次加工硬化，不利于成形性。 當(dāng)P含量由0. 01%提高到0. 08%時，鋼經(jīng)五年大氣暴露后，重量損失由160mg/cm2減少至 90mg/cm2,而P含量超過0. 08%后重量損失隨P含量的增加而減少是輕微的，因此本發(fā)明鋼的P含量控制在0. 06 0. 080 %。S 硫是有害元素(易切削鋼除外)。S在δ鐵及Y鐵中的溶解度都很小，所以鋼液在凝固時，隨著鋼液的凝固，S向未凝固的液體部富集，造成凝固組織偏析，結(jié)果使鋼的宏觀組織極不均勻；其次S可以形成多種硫化物(如i^S、MnS)。硫?qū)附有阅芤膊焕?。鋼?S是耐腐蝕鋼的大敵，因此要盡可能將S控制極低的水平。Cu:銅不僅對焊接熱影響區(qū)硬化及韌性沒有不良的影響，還可以使母材的強(qiáng)度、低溫韌性大大提高，同時由于Cu的沉淀析出增強(qiáng)了鋼的晶間抗腐蝕能力，尤其對抗氣體腐蝕 (H2S等)的能力。但當(dāng)鋼中銅含量過高時，使鋼件在熱加工時表面容易產(chǎn)生裂紋。為此，本發(fā)明鋼中的銅含量設(shè)計(jì)為0. 20 0. 35%。B 鋼中加入微量B元素可以有效的防止P在晶界偏析，對改善和消除鑄坯縱裂有一定積極的作用，并且為了保證鋼的低屈服強(qiáng)度和較高的伸長率，希望通過加入微量的B 抑制奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過程鐵素體的形核，促進(jìn)鐵素體晶粒長大。本發(fā)明鋼設(shè)計(jì)B含量在 0. 0010 0. 0020% O該鋼耐蝕性的檢驗(yàn)方法采用GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定方法進(jìn)行測定，本試驗(yàn)中，將150mmX IOOmmX Imm的試樣磷化后涂漆，浸入50士5g/l的NaCl 溶液中，pH :(6. 5 7. 2)，噴霧壓力(70 170) kPa，降霧量(1 2. 5)ml/h，測定產(chǎn)生銹層的時間和劃痕層離寬度及腐蝕寬度。本發(fā)明采用與現(xiàn)有技術(shù)相似的制備方法，既可采用常規(guī)轉(zhuǎn)爐(或電爐)煉鋼+RH 精煉+板坯連鑄+軋制工藝，也可采用轉(zhuǎn)爐(或電爐)煉鋼+RH精煉+薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝。在整個生產(chǎn)工藝流程中，從成分控制到連鑄、熱軋、卷取、平整的每一工序都影響熱軋板卷的最終性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有節(jié)能環(huán)保、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、抗腐蝕性能好、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。上述優(yōu)點(diǎn)具體為烘烤前抗拉強(qiáng)度Rm為340 350MPa，屈服強(qiáng)度Rel為265 280MPa，伸長率 A8tl 為 41. 5 45. 5%, r90 ^ 1. 2，n90 彡 0. 18，預(yù)變形 2%后在 170°C 下加熱20min，BH ^ 50MPa，相對腐蝕率不高于鍍鋅板的50%，同等使用環(huán)境下壽命可提高 1.0 倍。


圖1為鍍鋅板對比板試樣外觀。
圖2為鍍鋅板對比板磷化后涂漆外觀。
圖3為耐腐蝕烘烤硬化鋼板試樣外觀。
圖4為耐腐蝕烘烤硬化鋼板磷化后涂漆外觀。
圖5為鍍鋅板腐蝕后照片，192小時。
圖6為鍍鋅板腐蝕后照片，840小時。
圖7為耐腐蝕烘烤硬化鋼板腐蝕后照片，192 /J
圖8為耐腐蝕烘烤硬化鋼板腐蝕后照片，840 /J
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用15kg真空電磁冶煉爐冶煉出符合設(shè)定成分控制范圍的鋼水后，用 50mmX IOOmmX 300mm的結(jié)晶器得到小鑄坯，鑄坯加熱到1150°C后進(jìn)行熱軋，熱軋重點(diǎn)是控制終軋溫度890°C和卷取溫度彡6800C以獲得理想的力學(xué)性能、適合的BH值和良好的抗室溫時效性。采用本發(fā)明所述的化學(xué)成分，制備了一批次熱軋耐縫隙烘烤硬化鋼，經(jīng)過冶煉及澆鑄凝固的鑄坯加熱至1150°C，終軋溫度為893°C，卷取溫度690°C，軋制成3mm厚鋼帶，從鋼帶中間部位截取若干試樣進(jìn)行分析，其化學(xué)成分和機(jī)械性能分別如表1和表2所示。表1本發(fā)明實(shí)施例鋼成分Wt %
權(quán)利要求
1.一種熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼，其特征在于，該鋼的化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為c 彡 0. 005%, Si 彡 0. 05%, Mn 彡 0. 15%, P :0. 06 0. 080%, S ^ 0. 01%, Cu :0. 20 0. 35%,Ti 0. 015 0. 025%,B :0. 0010 0. 0020%,Als :0. 020 0. 030%,Ca :0. 0025 0. 00；35%余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼，其特征在于，該鋼金相組織結(jié)構(gòu)為鐵素體，晶內(nèi)有少量的滲碳體，晶粒度低于9級；該鋼的性能抗拉強(qiáng)度Rm為340 350MPa,屈服強(qiáng)度Rel為265 280MPa,伸長率A80 為41. 5 45. 5%,r90 ^ 1. 2，n90彡0. 18，BH彡50MPa，相對腐蝕率不高于鍍鋅板的50%, 同等使用環(huán)境下壽命提高1. 0倍。
3.—種權(quán)利要求1或2所述熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼的制備方法，包括煉鋼、連鑄、均熱、 熱連軋、卷取工序；其特征在于，在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為在均熱工序溫度為1100 1150°C，熱連軋工序中終軋溫度880 930°C，卷取過程采用多段式控制冷卻，先由終冷溫度快速冷卻到720 760°C,自然冷卻4 8s，卷取溫度為650 700°C ；經(jīng)Ca處理后，鋼中的夾雜物變性為以CaS為核心的硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，上浮后從鋼水中去除，使鋼水潔凈度提高；采用控制軋制和控制冷卻熱軋后，該鋼板的抗拉強(qiáng)度Rm為340 350MPa， 屈服強(qiáng)度Rel為265 280MPa，伸長率A8tl為41. 5 45. 5%，r9(1彡1. 2，n90彡0. 18，預(yù)變形 2%后在170°C下加熱20min，BH彡50MPa，相對腐蝕率不高于鍍鋅板的50%，同等使用環(huán)境下壽命可提高1. 0倍。
全文摘要
一種熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。該鋼的化學(xué)組成重量百分?jǐn)?shù)為C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn≤0.15％，P0.06～0.080％，S≤0.01％，Cu0.20～0.35％，Ti0.015～0.025％，B0.0010～0.0020％，Als0.020～0.030％，Ca0.0025～0.0035％，余為Fe。制備方法包括煉鋼、連鑄、均熱、熱連軋、卷取工序。優(yōu)點(diǎn)在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠高效、低成本的生產(chǎn)熱軋耐腐蝕烘烤硬化鋼；并且，節(jié)能環(huán)保、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、抗腐蝕性能好、使用壽命長；該熱軋烘烤硬化鋼應(yīng)用于汽車生產(chǎn)上，可有效減輕汽車重量。
文檔編號C21D8/02GK102321844SQ20111030452
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者仇圣桃, 劉家琪, 盧軍輝, 張慧 申請人:中達(dá)連鑄技術(shù)國家工程研究中心有限責(zé)任公司, 鋼鐵研究總院