一種高成形性的冷軋超高強度鋼板、鋼帶及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高成形性的冷社超高強度鋼板、鋼帶及其制造方法，該冷社鋼板 或鋼帶不僅具有較好的延伸率還有相當(dāng)好的擴孔性能，特別適用汽車車身結(jié)構(gòu)件的制造。
【背景技術(shù)】
[0002] 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，超高強度雙相鋼越來 越成為汽車制造業(yè)的首選，因為送種先進(jìn)高強鋼，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，不僅僅需要好的延伸率，同時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)的冷社雙相鋼，具有較低的屈強比，具備了一定的拉 延成形能力，但由于局部成形性不足在制造包含彎曲和擴孔等變形方式的高強鋼部件時， 容易發(fā)生局部裂紋，從而影響整個零件的沖壓效果，導(dǎo)致報廢。文獻(xiàn)研究表明，當(dāng)雙相鋼擴 孔率和彎曲性能偏低時，往往不能適應(yīng)較為苛刻的成形條件，應(yīng)用領(lǐng)域受到較大限制。高 強度雙相鋼中一般含有較高的碳和合金元素，但較高的碳和合金元素容易導(dǎo)致鑄造過程中 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，擴孔率 和冷彎性差。鋼中帶狀組織沿社向分布，容易成為微觀裂紋源，進(jìn)一步降低鋼的局部成形能 力。
[0003] 鋼的帶狀組織主要是成分偏析引起的，偏析則發(fā)生于鋼水凝固過程中，首先析出 凝固的鋼水成分和后續(xù)析出的成分含量不一樣，鋼水中的合金元素濃度會越來越高，最終 造成凝固的組織中先凝固的部分和后凝固的部分合金元素含量差別非常大。成分偏析的區(qū) 域在熱社過程中被變形拉長，最終形成帶狀組織。帶狀組織通常含有高的合金元素，并且由 于送些合金元素擴散困難，很難消除，合金元素的富集吸引碳也富集在同樣區(qū)域，造成雙相 鋼渾火后形成呈帶狀分布的又硬又脆的馬氏體，對局部變形性能危害較大，擴孔性能和冷 彎性能均較低，成形過程中容易發(fā)生開裂。提高組織均勻性，提高高強雙相鋼的局部成形性 是獲得均衡型雙相鋼的關(guān)鍵。
[0004] 美國專利US20050167007A1介紹了一種高強度鋼板的制造方法，其化學(xué)成分為： 0. 05-0. 13 % C 0.5-2. 5 % Si 0.5-3. 5 % Μη 0.05-1 % Cr，0. 05-0. 6 % Mo,《0.1 % A1， 《0. 005% S，《0. 01% N，《0. 03% P，添加 0. 005-0. 05% Ti 或者 0. 005-0. 05% 佩或者 0. 005-0. 2% V。該鋼經(jīng)Ar3溫度W上熱社，450-70(TC卷取，退火后W 10(TC /s的冷速從 700-60(TC冷卻渾火，然后在180-45(TC之間回火。最終得到抗拉強度780Mpa的擴孔率高于 50 %的高強鋼。
[0005] 日本專利特開平11-350038介紹一種延性和成形性好的980MPa的鋼，其成分設(shè)計 為，C ;0. 1-0. 15%, Si ;0. 8-1. 5%, Μη ;1. 5-2. 0%，P ;0. 01-0. 05%, S《0. 005%, Sol A1 : 0. 01-0. 07%，N 0. 01%，佩；0. 001-0. 02%，V ;0. 001-0. 02%，Ti ;0. 001-0. 02%中的一 種或W上。碳當(dāng)量=(C+Mn/6+Si/24) = 0.4-0.52，在4切^上熱社，500-6501：卷取，在 Acl-AC3之間保溫，冷卻到580-72(TC，快冷到室溫后，在230-30(TC過時效。
[000引 中國專利號200810119823. 0介紹的一種980MPa雙相鋼的制造方法，C : 0. 14-0. 21%，Si ;0. 4-0. 9%，Mn ;1. 5-2. 1%，P 0. 02%，S《0. 01%，佩；0. 001-0. 05%, V ;0. 001-0. 02%，經(jīng)熱社冷社后，在760-820°C間保溫，冷速40-5(TC /s，在240-320°C過時 效 180-300S。
[0007] W上專利多涉及980Mpa級別的高強鋼，有的發(fā)明為普通的雙相鋼，特點是低屈服 和適中的延伸率，具有拉延性能不錯的優(yōu)點；有發(fā)明為較高的擴孔率，但在獲得高的擴孔率 的同時，采用了較高的屈強比設(shè)計，拉延性能不足，擴孔率雖很高，但由于拉延性能不足，不 適于有較高拉延要求的成形，其性能也不屬于性能均衡的范疇。高強度鋼許多的應(yīng)用領(lǐng)域 對拉延性能和擴孔性能均有較高的要求，如果僅僅拉延性能好，而擴孔性能不好，或者擴孔 性能好，而拉延性能不好，則其應(yīng)用領(lǐng)域就比較有局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種高成形性的冷社超高強度鋼板、鋼帶及其制造方法，該 冷社超高強鋼板、鋼帶的抗拉強度> 980MPa，強塑積即抗拉強度X延伸率> 17000,擴孔率 > 45%，性能均衡，其厚度范圍0. 8-2. 3mm之間。該鋼的特點是組織分布均勻，各相之間硬 度差別小，鋼中的主要組織為鐵素體、貝氏體、馬氏體和殘余奧氏體。鋼中的貝氏體無碳化 物析出，或者只在貝氏體內(nèi)部有細(xì)小的碳化物析出，無界面碳化物析出。性能方面和同級別 的其它冷社鋼板相比，延伸率更高或擴孔率更好或屈強比更低，即，具有更為均衡的力學(xué)性 能，特別適用于各類汽車安全件的成形。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0010] 本發(fā)明鋼針對高強度鋼成形既需要良好的拉延性能又需要良好的擴孔性能的特 點，通過適當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)計和工藝設(shè)計，能得到較高的延伸率、較低的屈強比和擴孔率的優(yōu)良 綜合力學(xué)性能，和現(xiàn)有同級別鋼種相比，至少在一種特性方面明顯占優(yōu)，故具有性能均衡的 優(yōu)點。
[0011] 本發(fā)明采用和通常980MPa級高強鋼相比更高的含碳量設(shè)計+高Si含量設(shè)計，和 通常980MPa級高強鋼相當(dāng)或略高的Μη含量設(shè)計。C、Si、Mn的設(shè)計構(gòu)成了本發(fā)明成分設(shè)計 的基礎(chǔ)：由于C含量顯著高于一般的980MPa級高強鋼，在Si、Mn和工藝的共同作用下，容易 獲得更高的殘余奧氏體，從而獲得更高的延伸率。同時高娃的設(shè)計，配合合理的工藝，不僅 有利于更多殘余奧氏體的獲得，還有利于C從貝氏體中擴散到奧氏體中去，從而降低貝氏 體的的含碳量，從而有利于獲得貝氏體內(nèi)部無碳化物析出或者只有細(xì)小碳化物析出，邊界 沒有碳化物析出。殘余奧氏體的大量存在，有利于C從馬氏體中向奧氏體中擴散，既提高了 殘余奧氏體穩(wěn)定性，又降低了馬氏體的含碳量，降低了馬氏體的硬度，愈加對拉延性能和擴 孔性能有利。采用適中的儘含量，W保證渾火性能，和碳元素一起，構(gòu)成鋼的強度的主要保 證，同時如此設(shè)計范圍的Μη和如此設(shè)計的Si、C，可W促進(jìn)奧氏體的擇優(yōu)形成，進(jìn)一步增加 奧氏體的含量，有利于延性的提高。在如此高C、高Si和Μη含量的設(shè)計下，可W獲得極低的 屈強比、高的延伸率，但較低的擴孔率。
[0012] 為了最終獲得本發(fā)明鋼低屈服、高延伸和高擴孔率的均衡性性能。本發(fā)明鋼中還 添加 Mo、Β、Ti、佩等合金元素和微合金元素。添加鋼元素，一方面提高鋼的強度，另一方 面在熱社工序利用設(shè)計的工藝促進(jìn)鋼和鐵形成細(xì)微的析出，最好為相間析出，送些析出物 在鐵素體晶粒中，可W提高鐵素體的硬度，減少軟硬相之間的硬度差異，但基本不降低延伸 率。添加微量的鉛，細(xì)化原始奧氏體的晶粒，減輕雜質(zhì)元素在晶界的濃度。添加 B，改善P在 晶界上偏聚的傾向。對于超高強度鋼的塑性、初性有進(jìn)一步的改善效果。Ti、Nb不僅能起 到常規(guī)的細(xì)化晶粒的效果，還能和Mo共同作用，形成相間的彌散析出，更加有利于組織均 勻性，提高擴孔率，并且對于延伸率的降低較小。
[0013] 具體的，本發(fā)明的高成形性的冷社超高強度鋼板、鋼帶，其成分重量百分比 為；C :0.15-0. 35 %，Si :1.0-2. 0 %，Μη :1.6-2. 6 %，Mo :0.1-0. 4 %，P《0.02 %， S《0. 004%, N《0. 005%,佩；0. 015-0. 04%, Ti ;0. 02-0. 06%，A1 ;0. 015-0. 045%, B : 0. 0003-0. 001%，且，B > P% /30,其余為化和不可避免雜質(zhì)。
[0014] 優(yōu)選的，本發(fā)明鋼的成分重量百分比為；C ;0. 17-0. 32 %，Si ;1. 2-1. 8 %， Μη ;1. 8-2. 5 %，Mo ;0. 15-0. 4 %，P :《0. 012 %，S :《0. 002 %，N :《0. 005 %，佩： 0. 015-0. 04 %，Ti ;0. 02-0. 06 %，A1 ;0. 015-0. 045 %，B ;0. 0003-0. 001%，并且 B>P% /30，其余化和不可避免雜質(zhì)。
[0015] 進(jìn)一步，本發(fā)明鋼成分還可包含Zr :0.005-0. 015%，重量百分比計。
[0016] 本發(fā)明的冷社超高強鋼板、鋼帶的抗拉強度> 980MPa，強塑積即抗拉強度X延伸 率> 17000,擴孔率> 45%。
[0017] 本發(fā)明的冷社超高強鋼板、鋼帶的組織特點是：鐵素體晶粒直徑《10微米，主要 組織為鐵素體、貝氏體、馬氏體及體積百分?jǐn)?shù)10% W下殘余奧氏體。
[001引在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計中：
[0019] C;提高鋼的強度，提高馬氏體的硬度，促進(jìn)奧氏體的富碳，促進(jìn)殘余奧氏體的形 成。因此，選擇含碳量在0. 15-0. 35%之間，如果低于0. 15%，強度受到影響，并且奧氏體的 形成量和穩(wěn)定性降低；如果高于0.35%，造成馬氏體硬度過高，不利于擴孔率，同時碳當(dāng)量 過高，影響焊接性能，從而限制了應(yīng)用。
[0020] 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，促進(jìn)鐵素體的純 凈化和殘余奧氏體的形成。如果低于0. 8%，形成的殘余奧氏體的量和量均較低，影響鋼的 延伸率；如果高于2.0%，會帶來其它的冶金質(zhì)量缺陷，在本發(fā)明的設(shè)計前提下，不是非常 必要。
[0021] Μη ;可提高鋼的渾透性，有效提高鋼的強度。選取Μη的含量為1.6-2. 6%，低于 1. 6%鋼的強度不夠，并且促進(jìn)殘余奧氏體擇優(yōu)形成的機制難W發(fā)揮作用；高于2. 6%，強 度過高，也容易發(fā)生偏析。
[002引 C、Si、Μη的綜合添加效果；通過高C+Si+Mn的設(shè)計，特別是較高的C含量水平下， 可W促進(jìn)較高的殘余奧體體形成，獲得低屈服、高延伸率的性能，詳見前文所述。
[0023] Mo ;可提高鋼的渾透性，有效提高鋼的強度；Mo改善碳化物的分布，配合適當(dāng)?shù)臒?社工藝，可W和Ti共同形成相間析出，對提高鐵素體的硬度，改善組織均勻性，提高擴孔率 有好處。添加0. 1-0. 4%的Mo,低于0. 1 %的Mo,作用不明顯，碳化物析出密度不足，高于 0.4%，導(dǎo)致屈服強度過高。
[0024] Ti ;0. 02-0. 04%,起到固志飄兀素和細(xì)化晶松的作化Ti和Mo夏合作化析出夏 合碳化物，特別是在熱社工藝的適當(dāng)時，可W獲得彌散細(xì)小的相間析出，有效提高鐵素體的 硬度，并且不易粗化，可W更好低改善擴孔率。
[00巧]B ;可提高鋼的渾透性，有效提高鋼的強度；本發(fā)明中B的添加量較低，主要用于減 輕P的晶間偏聚傾向，因此要求B ;0. 0003-0. 001 %，并且B > P% /30, B含量和P含量進(jìn)行 關(guān)聯(lián)，當(dāng)P含量較高時，B含量較高，有利于避免P的晶界偏聚。當(dāng)P含量低時，B含量相應(yīng) 降低，因為B過高會對強度影響較大。
[0026] Zr ;0. 0005-0. 015%，細(xì)化原始奧氏體晶粒，減輕晶間雜質(zhì)元素的濃度。
[0027] P ;在鋼中為雜質(zhì)元素，要求《0. 02%。
[002引 S ;在鋼中為雜質(zhì)元素，形成MnS嚴(yán)重影響擴孔率，要求《0.004%。
[002引 A1 ;在鋼中起到了脫氧作用和細(xì)化晶粒的作化要求A1 ;0. 015-0. 045%。
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