一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法
【專利摘要】一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為：C：0.02～0.1%、Si：0.1～1.2%、Mn：1.5～2.20%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al：0.020～0.060%、Nb：0.005～0.05%、Ca＜0.0050%其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，（[C]×[Nb]）≤0.001，[Mn]/[Si]=2～5，鋼板強(qiáng)度與擴(kuò)孔率乘積TSxλ≥48000MPa%。本發(fā)明高擴(kuò)孔鋼板抗拉強(qiáng)度大于540MPa、590MPa級(jí)熱軋高擴(kuò)孔鋼板，滿足中國(guó)汽車工業(yè)底盤高強(qiáng)輕量化需求。
【專利說(shuō)明】一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高擴(kuò)孔鋼板，特別涉及一種抗拉強(qiáng)度大于540MPa高擴(kuò)孔鋼板。
【背景技術(shù)】
[0002]熱軋及熱軋酸洗板廣泛應(yīng)用于汽車底盤、車輪及車身結(jié)構(gòu)零件，它們占汽車用鋼的28%左右。通過(guò)汽車零件翻邊和局部擴(kuò)孔形狀設(shè)計(jì)可提高零件的強(qiáng)度和剛性，達(dá)到汽車鋼板減薄和輕量化的目的。鋼板的擴(kuò)孔性能與鋼板的成分、強(qiáng)度和組織均勻性有關(guān)，傳統(tǒng)540MPa鋼板(55公斤級(jí)別)采用低合金析出強(qiáng)化，鋼板的擴(kuò)孔率在40~60%之間。隨著汽車設(shè)計(jì)對(duì)底盤結(jié)構(gòu)的要求日益提高，零件成形更加復(fù)雜，對(duì)鋼板的翻邊和擴(kuò)孔性能要求有所提高，傳統(tǒng)碳錳固溶強(qiáng)化鋼和低合金析出強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)鋼板難易滿足汽車底盤、懸臂零件成形要求，高擴(kuò)孔鋼已成為汽車鋼板的一個(gè)重要品種之一。
[0003]中國(guó)專利CN101928881采用低碳成分添加T1、Nb合金元素生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度590MPa的擴(kuò)孔鋼，精軋后采用兩段式冷卻方式，在300~500 0C卷取。在熱軋生產(chǎn)中，熱軋軋制中帶鋼速度變化大，測(cè)量空冷段的鋼板板溫比較困難，一般采用兩段式冷卻模型控制層流冷卻，鋼板實(shí)際溫度波動(dòng)大，易導(dǎo)致鋼卷頭中尾性能波動(dòng)很大，相比本發(fā)明常規(guī)一段式冷卻方式控制簡(jiǎn)便，熱軋鋼板溫度控制精度高。
[0004]中國(guó)專利CN102400042采用C、S1、Mn添加少量Nb、Ti合金元素，可生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度在500MPa以上擴(kuò)孔鋼，卷取溫度要求在620~660°C，組織為鐵素體+珠光體。
[0005]日本專利JP2003016614公開的熱軋高擴(kuò)孔鋼，碳含量0.02~0.10%, Si ≤ 0.5%，其抗拉強(qiáng)度也是≥590MPa，但其加入了不少Nb、T1、V、Cr、RE等合金元素，以良好的表面可涂裝性為主要目標(biāo)。
[0006]專利W02009118945(C101978083)公開了一種熱軋高擴(kuò)孔鋼，碳含量0.015~0.04%，其抗拉強(qiáng)度也是≥520MPa，但不含Nb合金成分，根據(jù)該專利要求，添加Nb后，由于碳化鈮的析出，將影響Ti/c比，不能獲得很高的擴(kuò)孔率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板及其制造方法，抗拉強(qiáng)度大于540MPa、590MPa級(jí)熱軋高擴(kuò)孔鋼板，滿足中國(guó)汽車工業(yè)底盤高強(qiáng)輕量化需求。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~0.1%、S1:0.1 ~1.2%、Mn:1.5 ~2.20%K0.02%、S ≤ 0.003%、A1:0.020 ~0.060%,Nb:0.005 ~0.05%、Ca < 0.0050%，其余是 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；其中，([C]X[Nb])≤ 0.001, [Mn]/
[Si]=2~5，鋼板強(qiáng)度與擴(kuò)孔率乘積TSx λ≥48000MPa%。
[0010]又，一種抗拉強(qiáng)度590MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~
0.l%、Si:0.1 ~1.2%,Mn:1.5 ~2.20%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、Al:0.020 ~0.060%、Nb:
0.005~0.05%,Ca < 0.0050%，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì);其中，([C] X [Nb])≤0.003，[Mn]/[Si] =2~5，高擴(kuò)孔鋼板抗拉強(qiáng)度大于590MPa，鋼板強(qiáng)度與擴(kuò)孔率乘積TSx λ ≥ 53000MPa%。
[0011]在本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中:
[0012]C:用于形成足夠碳化物強(qiáng)化相，以保證鋼的強(qiáng)度，C太低強(qiáng)度達(dá)不到要求，C過(guò)高析出碳化物顆粒大不利于鋼板擴(kuò)孔性能。此外，對(duì)析出強(qiáng)化低合金高強(qiáng)鋼而言，鋼中常添加Nb,Ti等元素，這些元素與碳形成微小碳化物析物提高鋼板強(qiáng)度。對(duì)本發(fā)明來(lái)講，控制鈮與碳的含量十分重要，兩者含量過(guò)高，將導(dǎo)致鋼板抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度過(guò)高，不能滿足汽車用戶對(duì)性能規(guī)定的要求，同時(shí)鋼板的擴(kuò)孔率隨著強(qiáng)度提高而下降，對(duì)鋼板翻邊成形不利。本發(fā)明對(duì)碳鈮含量的匹配進(jìn)行控制，要求([C]X[Nb]) ≤0.001，或([C]X[Nb]) ≤0.003，這樣既保證鋼板強(qiáng)度，同時(shí)獲得高的擴(kuò)孔率。
[0013]S1:鋼中硅起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)添加硅有助于改善鋼板的延伸率。鋼中含硅容易使鋼板表面產(chǎn)生紅鐵皮等表面缺陷，使酸洗板表面粗糙度不均勻，對(duì)表觀質(zhì)量有不良影響。另外，硅含量過(guò)高導(dǎo)致鋼板表面硅富集，對(duì)鋼板的磷化涂裝性能不利。本發(fā)明優(yōu)選的Si含量范圍是0.3~0.8%O
[0014]Mn:錳是固溶強(qiáng)化元素，低于1.4%鋼的強(qiáng)度不足，錳含量提高使鋼的塑性下降，更容易造成連鑄板坯成分偏析，影響熱軋板的組織均勻性，對(duì)鋼板的擴(kuò)孔率不利。通過(guò)控制Mn/Si的適當(dāng)比例，本發(fā)明技術(shù)控制Mn/Si比在2~5之內(nèi)，可獲得鋼板強(qiáng)度_塑性_擴(kuò)孔
率二者平衡性能。
[0015]P:磷是鋼中的雜質(zhì)元素,含量應(yīng)越低越好,但追求過(guò)低的磷含量會(huì)增加冶煉成本。但過(guò)高磷含量將影響鋼板焊接性，磷含量控制在0.02%以下，可滿足鋼板生產(chǎn)成本控制和用戶使用的要求。
[0016]S:是鋼中的雜質(zhì)元素,含量應(yīng)越低越好，S在鋼中易形成MnS,鋼中硫化物數(shù)量和形態(tài)直接影響鋼板的擴(kuò)孔率，S必須低于0.003%，最好低于0.002%。
[0017]Al:是鋼中的脫氧元素。減少鋼中的氧化物夾雜、純凈鋼質(zhì)，有利于提高鋼板的成形性能。Al:0.02~0.06%，不宜過(guò)低，但過(guò)高時(shí)影響連鑄生產(chǎn)。
[0018]Nb:鈮是重要的強(qiáng)化元素之一。Nb在軋制結(jié)束后的冷卻中或卷取后以碳化物微細(xì)顆粒析出，利用析出強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度。在本發(fā)明中通過(guò)調(diào)整Nb、Mn含量可獲得不同抗拉強(qiáng)度(540-590MPa)高擴(kuò)孔鋼板。
[0019]T1:鈦也是重要的強(qiáng)化元素之一。Ti在軋制結(jié)束后的冷卻中或卷取后以碳化物的形式微細(xì)析出，利用析出強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度。少量Ti含量有利于改善鋼板焊接特性。添加鈦合金元素可能會(huì)鋼板線狀?yuàn)A雜物數(shù)量，劣化鋼板的翻邊擴(kuò)孔性能，本發(fā)明不采用鈦元素強(qiáng)化鋼板。
[0020]Ca:加鈣可改變鋼中硫化物的形態(tài)，使長(zhǎng)條MnS夾雜轉(zhuǎn)化球狀CaS夾雜，對(duì)提高鋼板的韌性和擴(kuò)孔率有利，考慮到已對(duì)鋼中硫含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，本發(fā)明Ca含量< 0.0050%。
[0021]本發(fā)明的一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板的制造方法，包括以下步驟:
[0022]I)冶煉、鑄造
[0023]按下述成分冶煉、連鑄成板坯，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~0.1%、Si:
0.2 ~1.2%、Mn: 1.5 ~2.2%、P ≤0.02%、S ≤ 0.003%、Al:0.020 ~0.060%, Nb:0.005 ~
0.05%，Ca < 0.0050%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；鋼水采用LF爐脫硫處理，鋼水硫含量小于 0.003% ；
[0024]2)熱軋
[0025]連鑄板坯加熱溫度1180~1250°C，終軋溫度為860~920°C，卷取溫度450~550 0C ；
[0026]3)冷卻
[0027]板坯精軋完成后，采用一段式常規(guī)層流冷卻方式冷卻鋼板到450~550°C后卷取，其中，冷卻速度大于20°C/s;
[0028]4)酸洗
[0029]自然冷卻到50°C以下的熱軋鋼卷通過(guò)酸洗機(jī)組在熱鹽酸溶液去除鋼板的氧化鐵皮，酸洗鋼板經(jīng)過(guò)漂洗、擠干、烘干后涂油處理。
[0030]在本發(fā)明制造方法中，鋼水通過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉，LF爐處理，確保S含量低于0.003%,并進(jìn)行Ca處理改善硫化物形態(tài)，在熱軋工藝中，加熱溫度為1180~1250°C，終軋溫度為850~920°C，采用常規(guī)一段式冷卻方式，以大于30°C /s的冷卻速度冷卻，鋼板在450~550°C溫度下卷取，鋼卷卷取后空冷至室溫。鋼板卷取溫度過(guò)高，導(dǎo)致鋼板強(qiáng)度下降，同時(shí)，過(guò)高的卷取溫度導(dǎo)致帶狀組織出現(xiàn)，使鋼板擴(kuò)孔率降低。卷取溫度過(guò)低，造成鋼板強(qiáng)度升高，延伸率下降。優(yōu)選的卷取溫度范圍在480~540°C。
[0031]酸洗前的鋼卷溫度小于60°C，最好低于50°C，鋼卷溫度過(guò)高，易導(dǎo)致鋼板表面腰折缺陷。鋼板開卷后通過(guò)加熱 鹽酸溶液(酸洗溶液溫度70~85°C)去除鋼板表面的氧化鐵皮，酸洗后鋼板經(jīng)水漂洗、烘干，涂防銹油后卷取。
[0032]本發(fā)明提供的熱軋高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼板具備如下力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度達(dá)到540MPa，擴(kuò)孔率大于90%?？估瓘?qiáng)度達(dá)到590MPa，擴(kuò)孔率大于85%。熱軋后無(wú)需復(fù)雜控制冷卻技術(shù)，用一般層流冷卻工藝就可實(shí)現(xiàn)，易于生產(chǎn)。該鋼板具有良好的擴(kuò)孔性能、成形性能、冷加工性能，主要用于汽車底盤復(fù)雜形狀零部件成形加工。
[0033]擴(kuò)孔率評(píng)價(jià)方法，按下述步驟計(jì)算擴(kuò)孔率(λ:單位為％)。取150 X 150mm的熱軋或酸洗鋼板上，作為初期孔徑(d[l])，開直徑IOmm的沖孔，使用頂角60°的圓錐沖頭擴(kuò)張?jiān)摏_孔。測(cè)定沖孔部分產(chǎn)生的裂紋貫通板厚時(shí)的孔徑(d[2])，由下式計(jì)算出擴(kuò)孔率。在本發(fā)明中，λ為90%以上為合格。
[0034]擴(kuò)孔率(入)=[(d[2]-d[l])/d[l]]X 100%
[0035]本發(fā)明抗拉強(qiáng)度540MPa和590MPa高擴(kuò)孔鋼的金相組織為主要為鐵素體，彌散細(xì)小的碳化物析出物。實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)孔性的主要是依靠以下幾方面:
[0036]ULF爐脫硫處理，降低鋼水S含量，進(jìn)而降低鋼板的夾雜數(shù)量，并通過(guò)Ca處理，使長(zhǎng)條的MnS夾雜轉(zhuǎn)化為球狀的CaS夾雜，減少鋼板在翻邊過(guò)程中非金屬夾雜對(duì)基體連續(xù)性的破壞。
[0037]2、組織均勻性，采用合理成分設(shè)計(jì)和熱軋工藝控制，可以使材料的晶粒細(xì)小，組織均勻，防止組織偏析和帶狀組織發(fā)生，減緩鋼板在局部變形過(guò)程中開裂的敏感性。
[0038]3、均勻的鐵素體單相組織，減少鋼板在局部變形過(guò)程中不同相之間硬度差易導(dǎo)致開裂的敏感點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0039]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1鋼板的金相組織。鐵素體單相組織，組織均勻，無(wú)中心偏析
及帶狀組織。
[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例7鋼板的金相組織。鐵素體單相組織，組織均勻，無(wú)中心偏析
及帶狀組織。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0042]表1為本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分，表2是本發(fā)明實(shí)施例鋼對(duì)應(yīng)熱軋工藝，表3為
本發(fā)明實(shí)施例鋼的力學(xué)性能。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例試樣通過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐脫硫處理，連鑄、板坯加熱溫度加1180~
1250°C，終軋溫度為850~910°C，以大于30°C /s的冷卻速度冷卻，鋼板在480~580°C溫
度下卷取，鋼卷卷取后空冷至室溫。
[0044]對(duì)比例1、對(duì)比例2為一般同級(jí)別的商用材。圖1、圖2分別是本發(fā)明抗拉強(qiáng)度
450MPa和抗拉強(qiáng)度590MPa高擴(kuò)孔鋼的金相組織。
[0045]表1單位:重量百分比
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~0.1%、S1:0.1 ~1.2%、Mn:1.5 ~2.20%K0.02%、S ≤ 0.003%、A1:0.020 ~0.060%,Nb:0.005 ~.0.05%、Ca < 0.0050%，其余是 Fe 和不可避免的雜質(zhì);其中，([C] X [Nb]) ≤ 0.001, [Mn]/[Si] =2~5 ;鋼板強(qiáng)度與擴(kuò)孔率乘積TSx λ≥48000MPa%。
2.一種抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.02~.0.1%、Si:0.1 ~1.2%、Mn: 1.5 ~2.20%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、Al:0.020 ~0.060%、Nb:0.005~0.05%、Ca < 0.0050%,其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，([C] X [Nb])≤0.003, [Mn]/[Si] =2~5，高擴(kuò)孔鋼板抗拉強(qiáng)度大于590MPa，鋼板強(qiáng)度與擴(kuò)孔率乘積TSx λ ≥ 53000MPa%。
3.如權(quán)利要求1或2的抗拉強(qiáng)度540MPa級(jí)高擴(kuò)孔鋼板的制造方法，其包括以下步驟: 1)冶煉、鑄造 按下述成分冶煉、連鑄成板坯，其化學(xué)成分重量百分比為:c:0.02~0.1%、S1:0.2~.1.2%、Mn:L 5 ~2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al:0.020 ~0.060%, Nb:0.005 ~0.05%,Ca < 0.0050%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；鋼水采用LF爐脫硫處理，鋼水硫含量小于.0.003% ； 2)熱軋 連鑄板坯加熱溫度1180~1250°C，終軋溫度為860~920°C，卷取溫度450~550°C ； 3)冷卻 板坯精軋完成后，采用一段式常規(guī)層流冷卻方式冷卻鋼板到450~550°C后卷取，其中，冷卻速度大于20°C /s ； 4)酸洗 自然冷卻到50°C以下的熱軋鋼卷通過(guò)酸洗機(jī)組在熱鹽酸溶液去除鋼板的氧化鐵皮，酸洗鋼板經(jīng)過(guò)漂洗、擠干、烘干后涂油處理。
【文檔編號(hào)】C23G1/08GK103602890SQ201310628154
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】鄭建平, 龐厚君 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司