專利名稱：1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車用冷軋超高強(qiáng)鋼板技術(shù)領(lǐng)域，涉及了高強(qiáng)度、高塑性和綜合型冷軋雙相鋼的開發(fā)，尤其是涉及一種1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼及其制備工藝，用于車門防撞梁、保險(xiǎn)杠等及復(fù)雜部件，如座位架和B立柱。

背景技術(shù)：
為了減輕車重和提高安全性，近年來汽車用鋼板向高強(qiáng)度化發(fā)展成為一種趨勢(shì)。采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼替代原使用材料，可提高能量吸收能力和擴(kuò)大彈性應(yīng)變區(qū)，增加構(gòu)件的抗變形能力，在保持高成形性的同時(shí)提高了強(qiáng)度和抗凹陷性，為車身鋼板的減薄和實(shí)現(xiàn)輕量化創(chuàng)造了條件。據(jù)相關(guān)資料數(shù)據(jù)表明，當(dāng)鋼板厚度分別減小0.05mm、0.10mm和0.15mm時(shí)，車身減重分別為6％、12％和18％。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告指出汽車自重每減少10％，燃油消耗可降低6％～8％，排放降低5％～6％。而燃油消耗每減少1升，CO2排放量減少2.45kg。近十年國際汽車鋼板生產(chǎn)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)是高成形性能、高強(qiáng)度和高表面質(zhì)量。其中高強(qiáng)度是減輕車重、降低油耗、提高安全性的根本途徑。
(1)國外發(fā)展概況 20世紀(jì)末，全球35家主要鋼鐵企業(yè)發(fā)起了ULSAB超輕型鋼制車體的研究計(jì)劃，緊接著又發(fā)起了ULSAB-AVC項(xiàng)目，隨后還又組織了超輕汽車面板ULSAC項(xiàng)目，目前在高強(qiáng)度汽車鋼板生產(chǎn)和應(yīng)用方面，日、歐、美等國已能夠做到車底和車身框架采用強(qiáng)度590～780MPa的TRIP、DP等高強(qiáng)鋼板，汽車保險(xiǎn)杠、車門加強(qiáng)筋板等采用980～1270MPa超高強(qiáng)度鋼板。
阿賽洛公司已能夠提供DP580、DP750等級(jí)別的熱軋雙相鋼板和DP450～DP980的冷軋及鍍鋅雙相鋼。日本新日鐵公司的冷軋雙相鋼板供貨級(jí)別覆蓋了490～1180MPa的6個(gè)級(jí)別，且均可提供電鍍鋅鋼板，DP590～DP980這3個(gè)級(jí)別還可供熱鍍鋅鋼板。日本JFE公司可以提供DP440～DP1180等5個(gè)級(jí)別的雙相鋼板。德國蒂森克虜伯公司也能夠提供500MPa和600MPa這兩個(gè)級(jí)別的熱浸鍍鋅、合金化鍍鋅和電鍍鋅鋼板。米塔爾鋼鐵公司也成功生產(chǎn)了合金化熱鍍鋅雙相鋼DP590～DP980和熱浸鍍鋅雙相鋼DP600、DP780。韓國浦項(xiàng)公司也可以提供DP490～DP980等5個(gè)級(jí)別的雙相鋼。
目前，國外超高強(qiáng)冷軋雙相鋼多采用水淬+回火方式生產(chǎn)。在有水冷裝置的連續(xù)退火設(shè)備上，考慮淬透性，合金元素可以少一點(diǎn)，而在采用冷卻速度稍慢的氣水冷卻裝置進(jìn)行冷卻的設(shè)備上，合金成分略高。氣水冷卻的優(yōu)點(diǎn)是鋼板不易變形，板形良好。
(2)國內(nèi)研發(fā)及應(yīng)用概況 寶鋼在2008年投產(chǎn)的高強(qiáng)鋼專用生產(chǎn)線1780mm冷軋線，為寶鋼超高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，使得寶鋼可提供DP440～DP1180等6個(gè)級(jí)別的雙相鋼(可提供電鍍鋅板)，DP440～DP980幾個(gè)級(jí)別還可提供熱鍍鋅板。
鞍鋼生產(chǎn)的冷軋雙相鋼包括DP450～DP780共4個(gè)強(qiáng)度級(jí)別。熱鍍鋅雙相鋼包括DP490～DP590MPa共2個(gè)強(qiáng)度級(jí)別。武鋼已在實(shí)驗(yàn)室完成了800MPa級(jí)別熱鍍鋅、冷軋DP鋼種的研發(fā)，600MPa級(jí)別的雙相鋼已完成工業(yè)試制并得到實(shí)際應(yīng)用。
目前國際上可供貨的冷軋雙相鋼板最高級(jí)別達(dá)到1180MPa，而我國只有寶鋼在2009年剛剛工業(yè)試制成功980MPa、1180MPa級(jí)雙相鋼，對(duì)于國內(nèi)大多數(shù)鋼廠還不具備高強(qiáng)度鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線的條件，如何在不采用水淬(冷速≥1000℃/s)+回火連退線的基礎(chǔ)上，利用國內(nèi)鋼廠現(xiàn)有連退設(shè)備采用快冷(冷速＜50℃/s)+過時(shí)效方法生產(chǎn)980MPa級(jí)以上超高強(qiáng)冷軋雙相鋼成為國內(nèi)科研人員公關(guān)的重點(diǎn)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用常規(guī)連續(xù)退火生產(chǎn)線(快冷冷速＜50℃/s)生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼及其制備工藝，采用價(jià)格低廉的Ti而不添加Cr、Mo、Nb、V等合金元素，并設(shè)計(jì)低碳當(dāng)量合金系以提高焊接性能，同時(shí)采用柔性連續(xù)退火技術(shù)生產(chǎn)具有不同力學(xué)性能特征的超高強(qiáng)汽車用鋼板。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的化學(xué)成分和質(zhì)量百分比含量為C0.03％～0.20％，Si0.20％～0.80％，Mn1.2％～2.0％，Ti0.03％～0.15％，S＜0.015％，P＜0.020％，Als0.02％～0.15％，余量為Fe。
所述1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的制備工藝，包括以下步驟 1)通過冶煉爐冶煉出符合上述成分范圍鋼水并鑄成鑄坯，對(duì)鑄造板坯進(jìn)行加熱、熱軋，鋼坯均熱溫度1150℃～1250℃，熱軋終軋溫度為750℃～920℃，卷取溫度為520℃～700℃。
2)熱軋板經(jīng)過酸洗后冷軋成冷軋薄板，冷軋壓下率約為50％至80％。
3)冷軋鋼板采用連續(xù)退火工藝，退火溫度為740℃～840℃，退火保溫時(shí)間為60s～200s，快冷速度20℃/s～50℃/s，過時(shí)效溫度170℃～350℃，過時(shí)效時(shí)間120s～300s。
本發(fā)明的有益效果是 1)Ti的價(jià)格相比Nb和V低出很多且只需微量添加，本發(fā)明不需要添加Cr和Mo等合金元素。
2)Ti可有效抑制鋼中奧氏體晶拉長大，尤其是對(duì)高溫區(qū)奧氏體晶位長大的抑制作用更為明顯。由于Ti的析出可固定焊接件粗晶區(qū)的自由氮，并抑制焊縫區(qū)的晶粒長大，對(duì)鋼的焊接性能有很大改善。另外，由于Ti具有脫氧和固氮的作用，細(xì)碳化鈦顆粒的析出和鐵素體晶粒的細(xì)化，提高了鋼的力學(xué)性能，使鋼具有強(qiáng)度高，塑韌性好，加工成形性和焊接性良好等優(yōu)點(diǎn)。鈦和硫結(jié)合生成Ti4C2S2化合物，使鋼中硫化物夾雜球化，提高鋼的延伸凸緣性。
3)通過改變冷軋壓下率和柔性連續(xù)退火工藝，在連續(xù)退火中快冷速度＜50℃/s的前提下，可以將馬氏體島的尺寸控制在1～2μm之間或增加至5μm左右，從而獲得三種不同類型的雙相鋼高強(qiáng)度型(Rm＝980～1200MPa，A50＝10～13％)、高塑性型(Rm＝980～1100MPa，A50＝14～18％)和綜合型(Rm＝980～1150MPa，A50＝12～15％)，屈強(qiáng)比為0.47～0.65。



圖1是本發(fā)明1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的連續(xù)退火工藝制度示意圖； 圖2實(shí)施例連續(xù)退火典型工程應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖； 圖3實(shí)施例連續(xù)退火典型SEM組織示意圖； 圖4實(shí)施例連續(xù)退火典型金相組織示意圖。
具體實(shí)施例 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的連續(xù)退火工藝制度示意圖，如圖所示，在連續(xù)退火過程中，退火溫度為740～840℃，快冷開始溫度為680℃，快冷冷速為20～50℃/s，過時(shí)效溫度為170～350℃。
圖2是實(shí)施例連續(xù)退火典型工程應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖，該圖為超高強(qiáng)冷軋雙相鋼工程應(yīng)力-工程應(yīng)變典型曲線，包含高強(qiáng)度型，高塑性型和綜合性能型典型曲線。圖3是實(shí)施例連續(xù)退火典型SEM組織示意圖，該組圖為高強(qiáng)度型，高塑性型和綜合性能型典型SEM組織圖片，不同組織特征對(duì)應(yīng)不同力學(xué)性能。圖4實(shí)施例連續(xù)退火典型金相組織示意圖，該組圖為高強(qiáng)度型和高塑性型典型金相組織圖片，在低倍下觀察不同性能特征對(duì)應(yīng)的顯微組織。
試制鋼種成分、工藝及性能見表1～3。
表1 試制鋼種成分(wt％) 表2 熱軋實(shí)際控制溫度
熱軋板厚度約為5.0mm，熱軋板酸洗后冷軋，冷軋壓下率為60％～80％。
在780℃和820℃保溫冷軋板，保溫時(shí)間100s，緩冷速度5℃/s，快冷開始溫度680℃，快冷速度45℃/s，過時(shí)效溫度分別為170℃、240℃和280℃，過時(shí)效時(shí)間為300s，終冷速度為15℃/s。
表3 試制鋼種力學(xué)性能表 本發(fā)明和其他發(fā)明成分與性能的對(duì)比，試制超高強(qiáng)冷軋雙相鋼與國內(nèi)外同類型鋼種成分對(duì)比，如表6所示。力學(xué)性能對(duì)比，如表7所示。
CE為碳當(dāng)量，其計(jì)算公式 CE＝C+A(C){Si/24+Mn/16+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+V+Nb)/5+5B}(％) A(C)為碳的適用系數(shù)，適用于w(C)為0.034％～0.254％的鋼種。碳的適用系數(shù)A(C)與鋼中含碳量的關(guān)系見表4。
表4A(C)與鋼中含碳量的關(guān)系 本發(fā)明1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼為C-Si-Mn-Ti系，實(shí)例化學(xué)成分如表5所示。
表5.1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的實(shí)例化學(xué)成分(wt/％) 表6為本發(fā)明1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的化學(xué)成分與國內(nèi)外同級(jí)別鋼種成分對(duì)比。
表6 試制鋼與國內(nèi)外同類型鋼種成分對(duì)比(wt/％)
從表6可以看出，在快冷+過時(shí)效連續(xù)退火方式中，本發(fā)明試制的鋼種碳當(dāng)量最低，同國外水淬+回火方式生產(chǎn)的鋼種相比，碳當(dāng)量也處于中間水平，且Si含量較低，證明由于合金元素配比的優(yōu)化和Ti的晶粒細(xì)化作用，本發(fā)明鋼種淬透性良好，可在較低快冷速度下生產(chǎn)1000MPa級(jí)雙相鋼，塑性優(yōu)良。
表7為本發(fā)明試制典型鋼與國內(nèi)外同類型鋼種力學(xué)性能對(duì)比。
表7 試制鋼與國內(nèi)外同類型鋼種力學(xué)性能對(duì)比
從表7可以看出，本發(fā)明試制雙相鋼并沒有因?yàn)樘籍?dāng)量和快冷速度低而強(qiáng)度與塑性不佳。通過柔性連續(xù)退火工藝開發(fā)，生產(chǎn)出了高塑性型、綜合型和高強(qiáng)度型超高強(qiáng)冷軋雙相鋼。其中，高強(qiáng)度型雙相鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到1155MPa，塑性依然優(yōu)良，高塑性雙相鋼伸長率達(dá)到17％。
權(quán)利要求
1.1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼，其特征在于，所述1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的化學(xué)成分和質(zhì)量百分比含量為C0.03％～0.20％，Si0.20～0.80％，Mn1.2％～2.0％，Ti0.03％～0.15％，S＜0.015％，P＜0.020％，Als0.02％～0.15％，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟
1)通過冶煉爐冶煉出符合上述成分范圍鋼水并鑄成鑄坯，對(duì)鑄造板坯進(jìn)行加熱、熱軋，鋼坯均熱溫度1150℃～1250℃，熱軋終軋溫度為750℃～920℃，卷取溫度為520℃～700℃；
2)熱軋板經(jīng)過酸洗后冷軋成冷軋薄板，冷軋壓下率為50％～80％；
3)冷軋鋼板采用連續(xù)退火工藝，退火溫度為740℃～840℃，退火保溫時(shí)間為60s～200s，快冷速度20℃/s～50℃/s，過時(shí)效溫度170℃～350℃，過時(shí)效時(shí)間120s～300s。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的制備工藝，其特征在于，
所述步驟(2)中，冷軋壓下率為60％～80％；
所述步驟(3)中，在780℃，保溫時(shí)間為100s，快冷速度45℃/s，過時(shí)效溫度為170℃、240℃或280℃，過時(shí)效時(shí)間為300s。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼的制備工藝，其特征在于，所述步驟(3)中，在820℃，保溫時(shí)間為100s，快冷速度45℃/s，過時(shí)效溫度為170℃、240℃或280℃，過時(shí)效時(shí)間為300s。
全文摘要
本發(fā)明是一種1000MPa級(jí)Ti微合金化超細(xì)晶冷軋雙相鋼及其制備工藝，屬于冷軋超高強(qiáng)汽車用鋼技術(shù)領(lǐng)域。鋼的化學(xué)成分和質(zhì)量百分比含量為C0.03％～0.20％，Si0.20～0.80％，Mn1.2％～2.0％，Ti0.03％～0.15％，S＜0.015％，P＜0.020％，Als0.02％～0.15％，余量為Fe。本發(fā)明以C-Si-Mn-Ti為基本合金系，采用價(jià)格低廉的Ti而不添加Cr、Mo、Nb、V等合金元素，降低了生產(chǎn)成本，通過柔性連續(xù)退火工藝，在連續(xù)退火中快冷速度小于50℃/s的條件下，可以將馬氏體島的尺寸控制在1～2μm或增加至5μm左右，從而獲得三種不同類型的雙相鋼高強(qiáng)度型(Rm＝980～1200MPa，A50＝10～13％)、高塑性型(Rm＝980～1100MPa，A50＝14～18％)和綜合型(Rm＝980～1150MPa，A50＝12～15％)，屈強(qiáng)比為0.47～0.65。
文檔編號(hào)C21D9/52GK101768695SQ20101003447
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者康永林, 韓啟航, 劉仁東, 朱國明, 趙顯蒙, 呂超 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)