專利名稱：一種800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，是一種低合金先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)，并經(jīng)過熱鍍鋅(包括鋅鐵合金化熱鍍鋅)處理。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)發(fā)展至今，節(jié)能減重、增加安全性、提高車體耐蝕性等已成為人們追求的目標(biāo)，因此，采用高強(qiáng)度和鍍鋅鋼板是汽車用鋼發(fā)展的必然趨勢(shì)。
汽車用雙相鋼分有熱軋雙相鋼、冷軋雙相鋼及冷軋熱鍍鋅雙相鋼，目前較為成熟的是冷軋雙相鋼，冷軋熱鍍鋅雙相鋼在國(guó)內(nèi)尚屬空白，在國(guó)際上已經(jīng)商業(yè)化，強(qiáng)度級(jí)別主要有500MPa、600MPa，如美國(guó)專利US6306527，其化學(xué)成分為(wt％)C 0.01～0.06、Si≤0.5、Mn 0.2～2.0、Cr≤1.0、T.AL 0.005～0.1、P≤0.02、S≤0.01、N≤0.006；屬于冷軋熱鍍鋅雙相鋼，但強(qiáng)度級(jí)別為450MPa。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼及其制造方法，其具有抗拉強(qiáng)度高，大于800MPa，屈強(qiáng)比低，沖壓性能好；強(qiáng)度和韌性匹配好；初始加工硬化速率高；無屈服延伸避免了成型后零件表面起皺等優(yōu)良性能，可用于一些汽車結(jié)構(gòu)件、防撞件等。
對(duì)于800MPa級(jí)的冷軋熱鍍鋅雙相鋼，成分設(shè)計(jì)至關(guān)重要，首先，它與冷軋雙相鋼在合金設(shè)計(jì)上有兩個(gè)不同之處，冷軋雙相鋼的退火是在連退生產(chǎn)線上完成，由于冷卻速度足夠大，在成分中主要以價(jià)廉的Si、Mn為主加元素來提高鋼的淬透性，而冷軋熱鍍鋅雙相鋼的生產(chǎn)是在鍍鋅線上完成的，冷速比連退線的小，且要經(jīng)過460℃左右的鋅池，故有兩個(gè)問題需要考慮，一是要添加足夠量的合金元素，進(jìn)一步提高基板的淬透性，滿足鍍鋅線的冷卻速度，二是要考慮基板的可鍍性，Si、Mn元素過多時(shí)在退火過程中易在表面形成富集，影響鍍鋅時(shí)基板的浸潤(rùn)性，造成漏鍍等鍍鋅缺陷，這就需要用Cr、Mo元素部分替代Si、Mn等元素，減少其添加量。另一方面，為了達(dá)到800MPa的強(qiáng)度，添加的元素?cái)?shù)量和種類必將加大，這些都勢(shì)必會(huì)影響材料的焊接性，增加生產(chǎn)成本等。
冷軋熱鍍鋅雙相鋼生產(chǎn)中，以Cr、Mo部分替代Si、Mn等這一合金設(shè)計(jì)原則已成為共識(shí)，在450、500、600MPa的冷軋熱鍍鋅雙相鋼中已有應(yīng)用。本發(fā)明在于為達(dá)到800MPa級(jí)的強(qiáng)度，并滿足汽車對(duì)焊接性成分的限制而設(shè)計(jì)的特有成分及相應(yīng)的退火工藝?；鍨槔滠埌?，鍍層分有熱鍍鋅及鋅鐵合金化熱鍍鋅，微觀組織為鐵素體加馬氏體，馬氏體含量在10～15％，抗拉強(qiáng)度大于800MPa，屈服強(qiáng)度350～500MPa，屈強(qiáng)比小于0.60，總延伸率大于12％(80標(biāo)距)，烘烤硬化值BH2大于40MPa，N10～20％值大于0.10。
本發(fā)明的化學(xué)成分包含(重量百分比)C 0.06～0.18％Si ≤0.4％Mn 1.30～2.5％Cr 0.10～1.0％Mo 0.02～0.5％Nb 0.005～0.03％Ti 0.005～0.05％T.Al0.02～0.05％P ≤0.02％S ≤0.01％N ≤0.006％P+2S ≤0.12％C+Si/30+Mn/20 ≤0.24％Fe余量不可避免雜質(zhì)。
進(jìn)一步，本發(fā)明的化學(xué)成分優(yōu)選為(wt％)C 0.08～0.11％
Si ≤0.08％Mn 1.40～2.0％Cr 0.20～0.60％Mo 0.04～0.30％Nb 0.005～0.025％Ti 0.01～0.05％P ≤0.01％S ≤0.006％N ≤0.003％P+2S ≤0.12％C+Si/30+Mn/20 ≤0.24％余量Fe以及不可避免雜質(zhì)。
本發(fā)明合金設(shè)計(jì)的理由如下C0.06～0.18％，優(yōu)選為0.08～0.11％。C是重要的固溶強(qiáng)化元素，是獲得高強(qiáng)度的保證，C含量太低時(shí)，同一臨界退火加熱時(shí)鐵素體和奧氏體兩相區(qū)內(nèi)的奧氏體量減少，得到的馬氏體量也相應(yīng)減少，難于保證800MPa的強(qiáng)度，C含量太高時(shí)，一方面降低韌性，同時(shí)影響焊接性。
Si≤0.4％，優(yōu)選為≤0.08％。Si是鐵素體固溶強(qiáng)化元素，強(qiáng)烈提高強(qiáng)度，但對(duì)于熱鍍鋅雙相鋼來說，Si含量太高時(shí)會(huì)直接影響基板的可鍍性，同時(shí)該元素也是受焊接性限制的主要元素之一。
Mn1.30～2.5％，優(yōu)選為1.40～2.0％。Mn可強(qiáng)烈提高淬透性，提高加工硬化性能，Mn含量過低時(shí)，組織中難于形成足夠量的馬氏體，強(qiáng)化效果差，過高時(shí)同樣會(huì)影響基板的可鍍性和焊接性。
Cr.0.10～1.0％，優(yōu)選為0.20～0.60％。Cr可改善臨界退火時(shí)奧氏體的淬透性，當(dāng)鋼種C含量增加時(shí)，可進(jìn)一步增加馬氏體數(shù)量，另外，Cr可促進(jìn)C向奧氏體擴(kuò)散，降低鐵素體的屈服強(qiáng)度。但含量過高時(shí)將破壞延展性。
Mo0.02～0.5％，優(yōu)選為0.04～0.30％。Mo是碳化物形成元素，在臨界加熱區(qū)內(nèi)多數(shù)溶解，有效提高奧氏體的淬透性，有利于獲得強(qiáng)韌性匹配的雙相鋼。Cr、Mo元素均為Si、Mn元素的替代元素，含量過高時(shí)，可增加生產(chǎn)成本，一般Cr+Mo＜0.8％。
Ti0.005～0.05％，優(yōu)選為0.01～0.05％。Ti是強(qiáng)碳化物元素，它有利于免除鐵素體間隙固溶強(qiáng)化，細(xì)化晶粒。
Nb0.005～0.03％，優(yōu)選為0.005～0.025％。Nb的作用與Ti相似，但比Ti更強(qiáng)烈，Nb、Ti元素在雙相鋼中不是主導(dǎo)元素，含量不宜過高。
T.Al0.02～0.05％。Al在雙相鋼中的主要功能是脫氧劑，不宜過低，但過高時(shí)影響連鑄生產(chǎn)。
P≤0.02％，優(yōu)選為≤0.01％。P是一種價(jià)廉的固溶強(qiáng)化元素，對(duì)雙相鋼而言，一定適量的P對(duì)強(qiáng)度是有益的，但過高時(shí)影響焊接性。
S≤0.01％，≤0.006％。S在鋼中易形成MnS，引起熱脆，同時(shí)影響焊接性，所以越少越好。
N≤0.006％，≤0.003％。在雙相鋼中N越少越好。
P+2S≤0.12％，C+Si/30+Mn/20≤0.24％均為汽車廠對(duì)冷軋熱鍍鋅雙相鋼基板焊接性的要求，如圖1所示。設(shè)計(jì)的基板成分應(yīng)在斜線下方。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的熱鍍鋅雙相鋼具有抗拉強(qiáng)度高，大于800MPa，屈強(qiáng)比低，沖壓性能好；強(qiáng)度和韌性匹配好；初始加工硬化速率高；無屈服延伸避免了成型后零件表面起皺等優(yōu)良性能?？捎糜谝恍┢嚱Y(jié)構(gòu)件、防撞件等，并考慮了基板的可焊性。


圖1為焊接性對(duì)成分的限制示意圖；圖2為熱鍍鋅再結(jié)晶退火示意圖；圖3a為本發(fā)明DP13的金相組織示意圖(×1000)；圖3b為本發(fā)明GA02-1的金相組織示意圖(×1000)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的實(shí)施例見表1、2。
表1

表2

本發(fā)明的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，首先按上述成分在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中冶煉，并在加熱鋼包中精煉，然后通過鑄造鑄成板坯，再按常規(guī)熱軋、冷酸連軋；熱鍍鋅再結(jié)晶退火，退火溫度為800～860℃，從退火溫度至鋅池的冷速為5～16℃/S，在完成鍍鋅或合金化處理后的冷速大于7℃/S。
參見圖2，熱鍍鋅退火工藝，再結(jié)晶退火溫度是控制冷軋熱鍍鋅雙相鋼性能最為重要的工藝因素，本發(fā)明鋼種的臨界再結(jié)晶退火溫度為800～860℃，在鐵素體和奧氏體兩相區(qū)完成，溫度太低，碳化物沒有完全溶解到奧氏體中，影響淬透性和基板的延展性，同時(shí)馬氏體數(shù)量減少影響強(qiáng)度；退火溫度過高時(shí)，隨著奧氏體的體積分?jǐn)?shù)增加，奧氏體中的C含量和合金元素含量下降，也會(huì)影響淬透性，冷卻后易產(chǎn)生非馬氏體組織。優(yōu)選的退火溫度為815～840℃。
從退火溫度至鋅池溫度的冷卻冷速一般在5～16℃/S(圖中1CRCooling Rate)，優(yōu)選為7～14℃/S，冷速過小，容易產(chǎn)生珠光體相變，降低基板的強(qiáng)度，冷速過大時(shí)易產(chǎn)生貝氏體相變，影響基板的延展性。
完成退火溫度至鋅池溫度1CR的冷卻后，基板進(jìn)入450～470℃的鋅池完成鍍鋅處理，如果是熱鍍鋅產(chǎn)品，則開始2aCR段的冷卻，要保證該冷速大于7℃/S，優(yōu)選的大于10℃/S，可有效防止奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變，以減少非馬氏體組織的生成，生產(chǎn)線上應(yīng)盡可能采用最大的冷速，且注意根據(jù)板厚調(diào)整冷速。
如果是生產(chǎn)鋅鐵合金化熱鍍鋅產(chǎn)品，則鋼板從鋅池出來后再加熱到480～550℃進(jìn)行約8～15秒的合金化處理，合金化溫度越低，所需時(shí)間越長(zhǎng)，工業(yè)大生產(chǎn)難于實(shí)現(xiàn)，溫度過高，可能會(huì)造成鍍層鐵含量偏高，導(dǎo)致鍍層粉化。
合金化處理后進(jìn)行2aCR冷卻，冷速同2aCR。
本發(fā)明成分設(shè)計(jì)及熱鍍鋅退火工藝的制定是對(duì)工業(yè)大生產(chǎn)工況條件的模擬，所以可在工業(yè)大生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。更詳細(xì)的描述見實(shí)施例。
試驗(yàn)成分見表3，工作路線為煉鋼、鑄錠→鍛造、鋸切→熱軋→酸洗→冷軋→CGL(連續(xù)熱鍍鋅)→性能檢測(cè)。
表3

鍛造工藝加熱1230℃×1小時(shí)，開鍛溫度1150℃，終鍛溫度900℃鍛坯尺寸為厚度25×寬度195×長(zhǎng)度Lmm，經(jīng)鋸切最后熱軋坯尺寸為厚度25×寬度195×長(zhǎng)70mm。熱軋?jiān)偌訜?200℃×1小時(shí)，終軋溫度880℃，軋后水冷，卷取溫度500℃～700℃，熱軋板厚度3.2mm，熱軋總壓下率25→3.2mm(85.6％)，酸洗后冷軋，冷軋板厚度1.4mm，冷軋總壓下率3.2→1.4mm(56％)。
經(jīng)上述工藝后再經(jīng)熱鍍鋅退火處理，用連退模擬試驗(yàn)機(jī)模擬熱鍍鋅退火工藝，按照J(rèn)IS 5#標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定力學(xué)性能，在1000倍下用光學(xué)顯微鏡觀察金相組織，金相試驗(yàn)用Lepera方法浸蝕，并用光學(xué)圖像處理儀測(cè)定馬氏體含量。熱鍍鋅退火后的力學(xué)性能見表4，金相組織見圖33a、圖3b。
表4 熱鍍鋅退火工藝及力學(xué)性能

參見圖3a、圖3b，其為本發(fā)明的冷軋熱鍍鋅雙相鋼金相組織(×1000)圖3a為DP13，圖3b為GA02-1。
試驗(yàn)表明，本發(fā)明的冷軋熱鍍鋅雙相鋼，組織為鐵素體加馬氏體，馬氏體含量在10～20％，抗拉強(qiáng)度大于800MPa，屈強(qiáng)比低，并具有良好的強(qiáng)韌性匹配。同時(shí)基板具有可焊性。
與美國(guó)專利號(hào)US6306527相比較，本發(fā)明達(dá)到800MPa級(jí)的強(qiáng)度，通過對(duì)焊接性成分的限制而設(shè)計(jì)的特有成分及相應(yīng)的退火工藝?；鍨槔滠埌澹儗臃钟袩徨冧\及鋅鐵合金化熱鍍鋅，微觀組織為鐵素體加馬氏體，馬氏體含量在10～15％，抗拉強(qiáng)度大于800MPa，屈服強(qiáng)度350～500MPa，屈強(qiáng)比小于0.60，總延伸率大于12％(80標(biāo)距)，烘烤硬化值BH2大于40MPa，N10～20％值大于0.10。具體化學(xué)成分(單位％)、工藝以及力學(xué)性能對(duì)照表5、6。
表5

表6

權(quán)利要求
1.一種800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼，其組分重量百分比為C 0.06～0.18％Si ≤0.4％Mn 1.30～2.5％Cr 0.10～1.0％Mo 0.02～0.5％Nb 0.005～0.03％Ti 0.005～0.05％T.Al0.02～0.05％P ≤0.02％S ≤0.01％N ≤0.006％P+2S≤0.12％C+Si/30+Mn/20 ≤0.24％余Fe及不可避免雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼，其特征是其組分(重量百分比)優(yōu)選為C 0.08～0.11％Si ≤0.08％Mn 1.40～2.0％Cr 0.20～0.60％Mo 0.04～0.30％Nb 0.005～0.025％Ti 0.01～0.05％P ≤0.01％S ≤0.006％N ≤0.003％P+2S≤0.12％C+Si/30+Mn/20 ≤0.24％余Fe及不可避免雜質(zhì)。
3.一種800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，首先按上述成分冶煉，并在加熱鋼包中精煉，然后通過鑄造鑄成板坯，再按常規(guī)熱軋、冷酸連軋；熱鍍鋅前再結(jié)晶退火，退火溫度為800～860℃，從退火溫度冷卻至鋅池溫度450～470℃，其冷速為5～16℃/S；進(jìn)鋅池鍍鋅，在完成鍍鋅后冷卻，冷速大于7℃/S，制得冷軋熱鍍鋅雙相鋼。
4.如權(quán)利要求3所述的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，其特征是，板坯采用連鑄鑄造。
5.如權(quán)利要求3所述的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，其特征是，優(yōu)選的再結(jié)晶退火溫度為815～840℃。
6.如權(quán)利要求3所述的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，其特征是，從退火溫度冷卻至鋅池溫度的冷速為7～14℃/S。
7.如權(quán)利要求3所述的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，其特征是，鍍鋅完成后還進(jìn)行合金化處理，即繼續(xù)加熱至450～550℃再冷卻，冷速大于7℃/S。
8.如權(quán)利要求3或7所述的800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼的制造方法，其特征是，在完成鍍鋅或合金化處理后的冷速優(yōu)選大于10℃/S。
全文摘要
一種800MPa冷軋熱鍍鋅雙相鋼，化學(xué)成分包含(重量百分比)C0.06～0.18％、Si≤0.4％、Mn 1.30～2.5％、Cr 0.10～1.0％、Mo 0.02～0.5％、Nb 0.005～0.03％、Ti 0.005～0.05％、T.Al 0.02～0.05％、P≤0.02％、S≤0.01％、N≤0.006％、P+2S≤0.12％、C+Si/30+Mn/20≤0.24％、余Fe及不可避免雜質(zhì)。其制造方法，首先按上述成分在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中冶煉，并在加熱鋼包中精煉，然后通過鑄造鑄成板坯，再按常規(guī)熱軋、冷酸連軋；熱鍍鋅再結(jié)晶退火，退火溫度為800～860℃，從退火溫度至鋅池的冷速為5～16℃/S，在完成鍍鋅或合金化處理后的冷速大于7℃/S。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度高、屈強(qiáng)比低，沖壓性能好；初始加工硬化速率高；無屈服延伸避免了成型后零件表面起皺等。
文檔編號(hào)C23C30/00GK1782116SQ200410084680
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者張紅, 鄭建平 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司