抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為：碳：0.10～0.20%、硅≤0.30%、錳≤0.40%、鋁：0.010～0.030%、磷≤0.02%、硫≤0.015%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)元素。再配合轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄、熱軋等工藝流程的控制，得到的冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼板，屈服強度為250MPa～280MPa，抗拉強度為≥400MPa，延伸率≥32％。通過增加碳的含量，代替昂貴的金屬，降低生產(chǎn)成本，再通過工藝，使碳與Fe形成細小彌散的碳化物，均勻分布于鐵素體中，得到的冷軋?zhí)煎i結(jié)構(gòu)鋼板具有高強度特點。
【專利說明】抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于冶金工業(yè)產(chǎn)品及其制造工藝的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及冷軋鋼板及其制造技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼，另外，本發(fā)明還涉及該冷軋鋼板的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車、家電與建筑行業(yè)等的輕量化，高強度冷軋鋼板的需求量日益增大。碳錳冷軋高強度結(jié)構(gòu)鋼是目前汽車、家電與建筑等結(jié)構(gòu)件用量最大的一種高強度冷軋鋼板，約占整個高強度鋼板的50%左右。其主要是從德國標準引用而來，目前國內(nèi)寶鋼、鞍鋼、攀鋼等均有相關(guān)研究，并廣泛應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件、車身及汽車底盤等零部件，以及家電與建筑結(jié)構(gòu)等。
[0003]目前碳錳結(jié)構(gòu)鋼主要是以低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為基礎(chǔ)，通過添加Mn來提高鋼的強度，主要牌號有St37、St44、St52等級別的系列產(chǎn)品，其性能均達到了國外同類產(chǎn)品水平，滿足了汽車、家電與建筑行業(yè)的不同需求，為碳錳結(jié)構(gòu)鋼的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
[0004]傳統(tǒng)的高強度冷軋鋼板的生產(chǎn)工藝流程由連鑄+熱軋+連續(xù)退火等工序完成，其冷軋鋼板的厚度一般為0.8~2.5mm, 一般是通過低碳+錳來強化，或者添加微合金Nb、Ti來復(fù)合強化。但該工藝生產(chǎn)有如下缺點:①無法生產(chǎn)2.5mm以上規(guī)格產(chǎn)品。②組產(chǎn)受厚度、寬度、退火溫度等所限制，組產(chǎn)困難。③制造成本較高。而罩式退火生產(chǎn)高強度鋼板不受規(guī)格、工藝等限制，組產(chǎn)方便，制造成本低等特點。
[0005]中國專利號CN201110126624.4《400MPa級高強度高成形性能冷軋鋼板及其生產(chǎn)方法》，闡明了以超低碳IF鋼為基礎(chǔ)，依靠添加Mn、S1、P等元素含量及退火工藝控制，實現(xiàn)晶粒細化，獲得高強度的同時也有良好的冷成形性能。其成分要求如下:C≤0.04%，Si:0.10 ~0.40%, Mn:0.1 ~1.0%, P:0.010 ~0.100%, S ≤ 0.030%, Al:0.010 ~0.050%, Ti:0.01~0.10%, N≤0.005%, B:0.0004~0.0012%。余下為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]中國專利號CN201010130903.3《屈服強度400MPa以上級別低碳鋼薄板及其制造方法》，闡述了一種通過鈮、硼微合金化及其相互作用，通過合理的成分和工藝設(shè)計，能夠形成貝氏體鋼，通過雙輥薄帶連鑄工藝，得到屈服強度大于400MPa以上不同強度級別的薄板。其主要成分要求如下:碳0.03~0.08%,錳0.4~1.2%，硅0.2~0.5%，鋁0.01~
0.05%，硼 0.001 ~0.008%，硫≤ 0.01%，磷≤ 0.015%，氮≤ 0.006%，氧≤ 0.006%，余量為 Fe和不可避免的其他雜質(zhì)元素。
[0007]中國專利號為CN201110126624.4采用超低碳IF鋼生產(chǎn)，其生產(chǎn)的鋼材滿足深沖成形性的高強度鋼板要求，但需真空脫氣精煉，成本較高；并且加入了較高的P含量，加之晶界無間隙原子C，其晶界比較脆弱，容易產(chǎn)生低溫脆性與二次加工脆性。中國專利號CN201010130903.3采用的是薄帶連鑄技術(shù)，獲得是貝氏體組織，其成形性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種400MPa級冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，通過提高碳的含量，代替昂貴的金屬，且降低了生產(chǎn)成本，并可得到成形性較好的高強度鋼板。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分重量百分比為--碳..0.10 ~0.20%、硅≤ 0.30%、錳≤ 0.40%、鋁:0.010 ~0.030%、磷≤ 0.02%、硫≤ 0.015%，余量
為Fe及不可避免雜質(zhì)元素。
[0011 ] 一種抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼的制造方法如下:
[0012]步驟1:轉(zhuǎn)爐冶煉，在轉(zhuǎn)爐按上述成分進行冶煉，獲得目標鋼水；
[0013]步驟2:連鑄，將裝有鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去，使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶，然后切割成一定長度的板坯；
[0014]步驟3:熱軋，采用常規(guī)熱軋工藝，將板坯熱軋至冷軋所需的原料目標厚度，其終軋溫度:860~890°C，卷取溫度500~550°C ；
[0015]步驟4:酸洗冷軋，采用常規(guī)酸洗工藝，充分去除帶鋼表面的氧化鐵皮，然后冷軋至成品所需厚度規(guī)格，冷軋壓下率控制在60~80% ；
[0016]步驟5:罩式退火，采用常規(guī)罩式退火工藝，控制退火溫度為650~700°C，采用隨爐加熱與隨爐冷卻；
[0017]步驟6:平整，控制平整延伸率為1.0~2.0%，
[0018]所述的制造方法，通過增加碳的含量，代替昂貴的金屬，再通過工藝流程的控制，使碳與Fe形成細小彌散的碳化物，均勻分布于鐵素體中，得到的冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼板，屈服強度為250MPa~280MPa，抗拉強度為≥400MPa，延伸率≥32%。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0020]I)工藝流程中退火方式運用罩式退火，該方式的緩慢加熱與緩慢冷卻的特點，可以得到成形性較好的高強度鋼板；
[0021]2)增加碳的含量，代替原有的昂貴金屬，有效地降低了生產(chǎn)成本；且在工藝流程的控制下，碳與Fe形成細小彌散的碳化物，均勻分布于鐵素體中，得到的冷軋?zhí)煎i結(jié)構(gòu)鋼板具有高強度特點；
[0022]3)本發(fā)明采用的精軋機軋出的帶鋼在輸出輥道上由帶鋼層流冷卻系統(tǒng)采用的冷卻制度，其冷卻效果明顯，冷卻速度較快，使N在熱軋過程中不析出，并且碳化物細小均勻分布，有利于獲得細小的晶粒，改善鋼的塑性與沖壓性能。
[0023]4)由于目前連續(xù)退火產(chǎn)能較大，且生產(chǎn)率高，表面質(zhì)量好，以前用罩式退火生產(chǎn)的帶鋼逐漸被連續(xù)退火所取代；此發(fā)明采用罩式退火生產(chǎn)，可以提高目前罩式退火的產(chǎn)能。將罩式退火被連續(xù)退火所取代的部分產(chǎn)能得以釋放。
【具體實施方式】
[0024]一種400MPa級冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法，其主要化學(xué)成分質(zhì)量百分數(shù)為:C:0.10% ~0.20%、Si ≤0.30%、Mn ≤0.40%、Als:0.010% ~0.030%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.015%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。[0025]C:最有效的強化元素，是最經(jīng)濟且強化作用最強的元素。當(dāng)C含量較低時，其成形性與焊接性能較好；但是C含量過低，很難獲得所需的強度，同時C含量過低，C的過飽和度小，很難形成碳化物元素析出，從而抗時效性較差；為了獲得所需的強度與良好的抗時效性能，C含量的下限控制在0.10%。C含量過高，使得鋼的延伸性能與焊接性能下降，因此本發(fā)明將C含量的上限控制在0.20%。[0026]S1:在鋼中有較強的強化作用，但Si易形成氧化物，不利于酸洗以及退火后表面容易形成氧化色，還降低鋼板的涂鍍性，因此本發(fā)明添加少量的Si或不添加Si，其上限控制在0.30%。
[0027]Mn:在鋼中起固溶強化作用(溶入鋼中的Mn造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力，使滑移難以進行，從而使合金鋼的強度與硬度增加)，同時降低鋼的屈強比(韌性和塑性);另外與鋼中的S作用，防止鋼的熱脆產(chǎn)生。但是Mn含量過高，一方面增加成本，另一方面使鋼的塑性與焊接性能受到較大影響。在本專利中Mn主要與S發(fā)生作用，防止鋼的熱脆產(chǎn)生，同時起較小的固溶強化作用，因此其上限控制在0.40%。
[0028]Al:A1在鋼中主要起脫氧作用，同時Al還可形成AlN析出，起到一定的細化晶粒的作用。少量Al的存在，保證強度性能的前提下，可使鋼的延性提高。但是Al含量過高，結(jié)晶器容易堵塞，同時鑄坯容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，還增加成本。所以本發(fā)明Al重量百分比含量控制在0.010%~0.030%。
[0029]P:為鋼中不可避免的有害雜質(zhì)，對鋼的沖壓性能、冷脆性、二次加工脆性等均有不良影響，應(yīng)嚴格控制鋼中的P含量。
[0030]S:為鋼中不可避免的有害雜質(zhì)，對鋼的各向同性、熱脆性、沖壓性能、冷彎性、翻邊成形性能等有不利影響，嚴格控制鋼中的S含量將增加鋼的冶煉成本，因此本發(fā)明中將S含量上限控制在0.015%。
[0031]余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素在不增加額外成本的基礎(chǔ)上越少越好。
[0032]本發(fā)明的主要特點:C含量相對較高，主要通過C的固溶強化以及與Fe作用的彌散析出強化來提高鋼基強度，減少合金元素的加入，降低成本。添加適當(dāng)?shù)腗n含量，固定鋼中的S，避免S與Fe結(jié)合形成熱脆性；Mn的加入還可細晶強化，提高鋼的強度與韌性。
[0033]本發(fā)明采用上述的化學(xué)成分及其質(zhì)量比重，生產(chǎn)制造工藝流程為:
[0034]轉(zhuǎn)爐冶煉一連鑄一熱軋一酸洗冷軋一罩式退火一平整一成品。
[0035]本發(fā)明采用以上化學(xué)成分和工藝流程生產(chǎn)抗拉強度大于400MPa級冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼，【具體實施方式】如下:對冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼板的化學(xué)成分進行優(yōu)化設(shè)計，不添加價格昂貴的合金元素，利用C、Mn元素的固溶強化與細晶強化、析出強化提高產(chǎn)品的強度。同時無需精煉等工藝，冶煉流程大大縮短，進一步降低鋼的成本。
[0036]轉(zhuǎn)爐冶煉:轉(zhuǎn)爐冶煉在轉(zhuǎn)爐里進行，向轉(zhuǎn)爐里加入高溫的鐵水和生石灰，再通過爐壁小孔吹入空氣，進行強烈的氧化還原反應(yīng)。
[0037]連鑄:連鑄工藝主要設(shè)備包括回轉(zhuǎn)臺、中間包，結(jié)晶器、拉矯機等。將裝有鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去。它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機與結(jié)晶振動裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯。[0038]熱軋:板壞經(jīng)加熱爐的上料輥道送到加熱爐加熱到設(shè)定溫度后，由加熱爐出爐輥道運出，經(jīng)除鱗裝置清除二次氧化鐵皮后，由精軋前立輥導(dǎo)向進入精軋機組軋制成成品帶鋼，并運送到卷取機進行下一步加工。其中，精軋機軋出的帶鋼在輸出輥道上由帶鋼層流冷卻系統(tǒng)采用相應(yīng)的冷卻制度，將熱軋帶鋼由終軋溫度冷卻到規(guī)定的卷取溫度。終軋溫度是指熱軋板帶離開最后一道精軋機時的溫度；而之后的卷取溫度是指板帶到達卷取機時的溫度。[0039]本發(fā)明控制的終軋溫度為860~890°C ;卷取溫度為500~550°C ;終軋后采用較高的冷卻速率，使N在熱軋過程中不析出，并且碳化物細小均勻分布。有利于獲得細小的晶粒，改善鋼的塑性與沖壓性能。
[0040]酸洗冷軋:采用常規(guī)酸洗工藝，充分去除帶鋼表面的氧化鐵皮。冷軋壓下率控制在60 ~80%。
[0041]罩式退火:退火溫度650~70(TC，米用隨爐加熱與隨爐冷卻。
[0042]平整:平整后帶鋼上下屈服點波動范圍減小，基本可以消除屈服伸長，抗拉強度略有增加，延伸率略有下降，幅度均不大，平整率過小(平整率≤1.0%),對帶鋼性能影響很小或沒有影響，過大(平整率≥ 2.0%)，則出現(xiàn)了明顯的加工硬化，很大程度上惡化了帶鋼的綜合性能。故控制平整延伸率為1.0~2.0%。
[0043]采用本發(fā)明的化學(xué)成分、工藝流程和具體方法和步驟生產(chǎn)的冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼板，屈服強度為250MPa~280MPa，抗拉強度為≥400MPa，延伸率≥32%。
[0044]具體實施例1:
[0045]鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)C:0.12%, Mn:0.38%, Si:0.22%, P:0.010%, S:0.011%,Al:0.013%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0046]其工藝流程為:轉(zhuǎn)爐冶煉一連鑄一熱軋一酸洗冷軋一罩式退火一平整一成品。
[0047]工藝參數(shù):按上述成分進行轉(zhuǎn)爐冶煉，并連鑄成230mm厚的板坯，然后將板坯加熱至1230°C進行熱軋，熱軋終軋溫度為880°C，卷取溫度為520°C，熱軋卷厚度為6.0mm，然后進行酸洗冷軋，冷軋壓下率為75%，冷軋軋至目標厚度2.0mm,罩式退火溫度為650°C，平整延伸率為1.2%。得到的產(chǎn)品屈服強度為276MPa，抗拉強度418MPa，延伸率34%。
[0048]具體實施例2:
[0049]鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)C:0.185%, Mn:0.31%, Si:0.12%, P:0.018%, S:
0.010%, Al:0.017%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0050]其工藝流程為:轉(zhuǎn)爐冶煉一連鑄一熱軋一酸洗冷軋一罩式退火一平整一成品。
[0051]工藝參數(shù):按上述成分進行轉(zhuǎn)爐冶煉，并連鑄成230mm厚的板坯，然后將板坯加熱至1230°C進行熱軋，熱軋終軋溫度為890°C，卷取溫度為550°C，熱軋卷厚度為5.0mm，然后進行酸洗冷軋，冷軋壓下率為70%，冷軋軋至目標厚度1.5mm，罩式退火溫度為680°C，平整延伸率為1.0%。得到的產(chǎn)品屈服強度為256.5MPa，抗拉強度406MPa，延伸率35%。
【權(quán)利要求】
1.一種抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:碳:0.10~0.20%、硅≤ 0.30%、錳≤ 0.40%、鋁:0.010 ~0.030%、磷≤ 0.02%、硫≤ 0.015%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉強度400MPa級高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼的制造方法，包括以下步驟: 步驟1:轉(zhuǎn)爐冶煉，在轉(zhuǎn)爐按上述成分進行冶煉，獲得目標鋼水； 步驟2:連鑄，將裝有鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去，使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶，然后切割成一定長度的板還; 步驟3:熱軋，采用常規(guī)熱軋工藝，將板坯熱軋至冷軋所需的原料目標厚度，其終軋溫度:860~890°C，卷取溫度500~550°C ； 步驟4:酸洗冷軋，采用常規(guī)酸洗工藝，充分去除帶鋼表面的氧化鐵皮，然后冷軋至成品所需厚度規(guī)格，冷軋壓下率控制在60~80% ； 步驟5:罩式退火，采用常規(guī)罩式退火工藝，控制退火溫度為650~700°C，采用隨爐加熱與隨爐冷卻； 步驟6:平整，控制平整延伸率為1.0~2.0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于:通過增加碳的含量，代替昂貴的金屬，再通過工藝流程的控制，使碳與Fe形成細小彌散的碳化物，均勻分布于鐵素體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于:該方法得到的冷軋高強度碳錳結(jié)構(gòu)鋼板，屈服強度為250MPa~280MPa，抗拉強度為≤400MPa，延伸率≤32%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于:通過增加Mn的含量，固定鋼中的S，避免S和Fe的結(jié)合，還可細晶強化。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于:熱軋終軋結(jié)束后采用>20°C /s的冷卻速率迅速冷至卷取溫度。
【文檔編號】C22C38/06GK103509996SQ201310439991
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】潘紅波, 楊興亮, 詹華, 劉永剛, 舒宏富, 楊少華, 毛鳴, 張翠 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司