一種餅形晶粒深沖雙相鋼板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種餅形晶粒深沖雙相鋼板及其制備方法，屬于金屬材料軋制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。該鋼板的制備方法是：首先進行冶煉并在加熱鋼包中精煉，通過連鑄鑄成板坯后進行熱軋，經(jīng)酸洗后冷軋軋制成薄板，然后進行罩式退火，冷至室溫后進行連續(xù)退火，最后進行過時效處理冷至室溫制得餅形晶粒深沖雙相鋼板。本發(fā)明產(chǎn)品與相同性能的等軸晶粒雙相鋼相比具有更好的沖壓成形性能；與現(xiàn)有深沖雙相鋼相比，生產(chǎn)成本低，實用性更強，板形與表面質(zhì)量更好。
【專利說明】一種餅形晶粒深沖雙相鋼板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料軋制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種汽車用冷軋深沖雙相鋼，特別涉及一種冷軋高強度、深沖用餅形晶粒鐵素體加馬氏體雙相鋼板及其制備方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]開發(fā)安全性更高、油耗更低的汽車，已成為全世界汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(yīng)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(zhì)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。由于鋼鐵材料資源豐富，價格便宜，可回收重復(fù)利用，在生產(chǎn)、使用與回收利用過程中對環(huán)境無污染等特點，因此在相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將是汽車行業(yè)最主要的原材料。
[0003]由于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(wěn)定性好、焊接性能優(yōu)異、強塑積較高等特點，在ULASB項目中，冷軋雙相鋼占74%左右，目前主要應(yīng)用于汽車的結(jié)構(gòu)件與防撞件等小型構(gòu)件，而在大型構(gòu)件(如覆蓋件與內(nèi)板等)上使用較少，主要是由于其r值較小(一般在1.0以下)，深沖性能較差。為了擴大冷軋雙相鋼在大型構(gòu)件中的應(yīng)用，通過改善組織形態(tài)、提高r值，改善其深沖性能具有十分重要的意義。目前對于提高雙相鋼沖壓成形性能的相關(guān)文獻公開如下:
[0004]中國專利CN102286696A公開了一種高塑性應(yīng)變比的超深沖雙相鋼的制備方法，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(chǎn)成本；由于要求退火溫度較高，在現(xiàn)有連續(xù)退火生產(chǎn)線上很難保證厚規(guī)格加熱溫度，不易生產(chǎn)厚規(guī)格產(chǎn)品。
[0005]中國專利CN102517492A公開了雙相鋼板及其制造方法，該方法中添加了較多的Al、Mo、Nb等貴金屬元素，生產(chǎn)成本較高；其中C、N元素較高，并添加了 B，在連鑄過程中B易與N結(jié)合形成粗大的BN粒子，在沖壓成形過程中此粒子容易成為裂紋形核與擴展源，惡化其深沖成形性能；鋼中C、N元素較高，其固溶含量也相應(yīng)增加，從而影響{111}有利織構(gòu)的發(fā)展，進而影響鋼的r值與深沖性能；另外所述連續(xù)退火工藝在460~540°C溫度環(huán)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(fā)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(jīng)亞溫退火處理的含釩超深沖雙相鋼的制備方法，該方法添加了較高的Si與P含量，在冷軋與連續(xù)退火過程中容易產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)的雙相鋼的屈強比較高。另外亞溫預(yù)處理溫度較高，采用罩式退火工藝生產(chǎn)時帶鋼容易發(fā)生粘結(jié)，從而影響鋼帶板形與表面質(zhì)量。
[0007]中國專利CN102162073A公開了一種超深沖用低碳低硅冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制備方法，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(chǎn)成本；同時織構(gòu)預(yù)處理溫度較高，采用罩式退火工藝生產(chǎn)時帶鋼容易發(fā)生粘結(jié)，從而影響鋼帶板形與表面質(zhì)量。
[0008]上述技術(shù)主要是通過采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(gòu)。但是冷軋薄板的沖壓性能除與塑性應(yīng)變比r值有關(guān)外，還與鐵素體晶粒的形狀和尺寸有密切的關(guān)系。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(shù)目多于等軸晶粒，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(chǎn)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(gòu)較強，從而沖壓性能要明顯優(yōu)于具有細小等軸晶粒的鋼板。傳統(tǒng)冷軋雙相鋼，由于存在一定量的間隙原子C、N,以及采用常規(guī)的熱軋與連續(xù)退火工藝，使其在冷軋后再結(jié)晶之前將會部分固溶于鐵素體中，阻礙了再結(jié)晶織構(gòu)的發(fā)展，并獲得細小等軸狀鐵素體，從而嚴(yán)重降低了其深沖性能。
[0009]影響雙相鋼深沖性能的因素之一是鐵素體的組織結(jié)構(gòu)，其中鐵素體的形態(tài)、晶粒大小及其再結(jié)晶織構(gòu)是控制關(guān)鍵點。而鐵素體的形態(tài)、再結(jié)晶織構(gòu)與退火加熱制度、析出物有關(guān)，因此通過控制熱軋工藝與預(yù)先退火來獲得最佳的鐵素體形態(tài)與再結(jié)晶織構(gòu)對提高雙相鋼的深沖性能尤為重要。
[0010]相關(guān)資料表明，在熱軋過程中保持AlN以過飽和狀態(tài)溶解在鋼中，冷軋后再結(jié)晶之前使AlN粒子沿著已變形的晶粒邊界或沿滑移帶析出，平行排列于冷軋纖維組織晶粒之間，隨著退火過程的進行，由于沿軋向平行排列的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(jié)晶過程中不利織構(gòu){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(gòu){111}的發(fā)展。因此，提高AlN粒子對鐵素體晶界的釘扎能力，有利于增強{111}織構(gòu)的強度。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0011]本發(fā)明針對現(xiàn)有冷軋深沖雙相鋼制備中存在的技術(shù)問題，提供一種餅形晶粒深沖雙相鋼板及其制備方法。該方法的目的是在經(jīng)濟型成分設(shè)計下，利用熱軋、組織預(yù)處理與兩相區(qū)連續(xù)退火相結(jié)合的方法，生產(chǎn)一種深沖用冷軋餅形晶粒鐵素體加馬氏體雙相鋼。
[0012]本發(fā)明所提供的一種餅形晶粒深沖雙相鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。所優(yōu)選的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
[0015]本發(fā)明所提供的一種餅形晶粒深沖雙相鋼板的制備方法的具體步驟如下:
[0016]首先進行冶煉，并在加熱鋼包中精煉，通過連鑄鑄成板坯后進行熱軋，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(jīng)酸洗后冷軋軋制成薄板，冷軋壓下率為60~80% ;然后進行罩式退火，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，冷至室溫后進行連續(xù)退火，退火溫度為740~800°C，保溫時間為90~120s，然后以5~8°C /s的速度冷至640~690°C，最后以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后冷至室溫制得所述餅形晶粒深沖雙相鋼板。
[0017]所述制備方法中的工藝參數(shù)可進一步優(yōu)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(fā)明方法首先進行冶煉并在加熱鋼包中精煉，然后通過連鑄鑄成板坯，鑄坯熱軋后的熱軋帶鋼經(jīng)酸洗去除表面氧化鐵皮后，進行冷軋，然后進行組織預(yù)處理退火:組織預(yù)處理退火采用罩式退火，主要目的是通過AlN沿形變帶析出，以獲得餅形鐵素體晶粒，并使碳化物聚集，形成較強的{111}織構(gòu)；然后進行連續(xù)退火:連續(xù)退火的目的是獲得鐵素體加馬氏體雙相組織。
[0020]本發(fā)明中餅形晶粒深沖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?jǐn)?shù)；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(shù)目將會增多，勢必影響罩退過程中{111}有利織構(gòu)的發(fā)展；另外C含量高，導(dǎo)致馬氏體相變時膨脹產(chǎn)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凈化作用，有助于提高雙相鋼的延性。Si含量過低，對碳化物的抑制與鐵素體的“凈化”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(gòu)的發(fā)展不利，因此鋼中Si含量上限為0.4%。
[0023]Mn =Mn屬于奧氏體穩(wěn)定化元素，可提高鋼的淬透性，提高鋼的加工硬化性能，并可顯著推遲珠光體與貝氏體轉(zhuǎn)變。因此對于較低碳含量冷軋雙相鋼，要想在連續(xù)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(zhuǎn)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，不利于雙相鋼塑性變形的發(fā)揮，對深沖性能也有不利影響，因此Mn含量上限控制在1.7%以內(nèi)。
[0024]Cr =Cr能提高奧氏體的淬透性，能推遲珠光體與貝氏體轉(zhuǎn)變，并促進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(nèi)。
[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(jié)合形成A1N，在再結(jié)晶退火之前沿形變帶析出，阻礙再結(jié)晶鐵素體向厚度方向長大，形成餅形晶粒，并促使退火過程中{111}織構(gòu)的形成與發(fā)展，有利于提高成形性。因此其含量不宜低于0.03%，但過高時會影響連鑄生產(chǎn)，以及形成夾雜物而影響成形性，因此上限控制在0.07%以內(nèi)。
[0026]P:P是鋼中有害雜質(zhì)元素，容易在晶界富集而產(chǎn)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，在軋制后成條帶狀分布，從而影響鋼的沖壓成形性，所以越少越好。
[0028]N:N在鋼中與Al結(jié)合，形成AlN析出物，在形變帶析出，有利于餅形晶粒的形成與有利織構(gòu)的發(fā)展，因此一定量的N含量是十分必要的，其含量不宜低于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(gòu)的發(fā)展，同時N容易引起鋼的時效性，因此其上限應(yīng)控制在0.006%以內(nèi)。
[0029]本發(fā)明具有以下特色和優(yōu)勢:
[0030]1、本發(fā)明在傳統(tǒng)的C-S1-Mn成分設(shè)計的基礎(chǔ)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(jié)晶溫度下進行組織預(yù)處理，獲得餅形晶粒，并凈化鐵素體基體，促使碳化物聚集與鐵素體晶粒長大，促進{111}有利織構(gòu)發(fā)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值不低于1.3的綜合力學(xué)性能。
[0031]2、本發(fā)明產(chǎn)品與相同性能的等軸晶粒雙相鋼相比，具有更好的沖壓成形性能，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(wěn)定性強；與傳統(tǒng)雙相鋼相比，在保證強度與延伸相當(dāng)?shù)臈l件下，r值增加到1.3以上，并且深沖性能大幅度提高；與現(xiàn)有深沖雙相鋼發(fā)明相比，未添加Nb、Mo、V等貴金屬元素，生產(chǎn)成本低；退火溫度相對較低，在現(xiàn)有裝備與工藝條件下即可生產(chǎn)，實用性更強，板形與表面質(zhì)量更好。
【具體實施方式】:
[0032]餅形晶粒深沖雙相鋼板(鋼板編號DP1、DP2)的化學(xué)成分如表1所示。
[0033]表1餅形晶粒深沖雙相鋼板的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種餅形晶粒深沖雙相鋼板，其特征在于所述鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種餅形晶粒深沖雙相鋼板，其特征在于所述鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
3.權(quán)利要求1所述一種餅形晶粒深沖雙相鋼板的制備方法，其特征在于該方法具體步驟如下: 首先進行冶煉，并在加熱鋼包中精煉，通過連鑄鑄成板坯后進行熱軋，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(jīng)酸洗后進行冷軋軋制成薄板，冷軋壓下率為60~80% ;然后進行罩式退火,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,冷至室溫后進行連續(xù)退火，退火溫度為740~800°C，保溫時間為90~120s，然后以5~8°C /s的速度冷至640~690°C，最后以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后冷至室溫制得所述餅形晶粒深沖雙相鋼板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于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(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】潘紅波, 閻軍, 章靜, 曹杰, 沈曉輝, 王會廷 申請人:馬鞍山市安工大工業(yè)技術(shù)研究院有限公司