一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼及其生產(chǎn)方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙相鋼及其生產(chǎn)方法，尤其涉及一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
雙相鋼是主要由鐵素體和馬氏體所組成的鋼，其顯微組織中馬氏體體積分?jǐn)?shù)一般為10 35%。雙相鋼具有屈服點(diǎn)低、無(wú)屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)、初始加工硬化速率高以及強(qiáng)度和塑性匹配好等特點(diǎn)，是一種強(qiáng)度高成形性好的新型汽車(chē)用鋼。隨著現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的減重節(jié)能和對(duì)安全性要求的不斷提高，特別是隨著車(chē)體輕量化技術(shù)研究的深入，要求所使用的鋼鐵材料必須具有高強(qiáng)度，同時(shí)保證良好的塑性。由世界著名鋼鐵公司資助的ULSAB計(jì)劃的研究結(jié)果表明，為了延續(xù)鋼材相對(duì)于其它競(jìng)爭(zhēng)材料的優(yōu)勢(shì)地位，必需大量使用高強(qiáng)度鋼，在代表汽車(chē)用鋼未來(lái)發(fā)展方向的新車(chē)型C級(jí)車(chē)和PNGV級(jí)車(chē)中，相變強(qiáng)化的雙相鋼已占整個(gè)結(jié)構(gòu)用鋼的72%以上。通常，冷軋雙相鋼板采用連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)，冷軋雙相鋼連續(xù)退火的典型工藝流程為開(kāi)卷-清洗-加熱-均熱-快速冷卻-過(guò)時(shí)效-二次冷卻-平整-精整-冷軋雙相鋼。同時(shí)，由于高強(qiáng)度雙相鋼在要求高強(qiáng)度的同時(shí)要求較好的成形性能和焊接性能， 因此對(duì)冶金工藝控制水平要求很高，如何在保證雙相鋼高強(qiáng)度的同時(shí)，提高其塑性是各鋼鐵公司研究的重點(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00510027399. 3提供了一種1180Mpa超高強(qiáng)帶鋼及其生產(chǎn)方法，該超高強(qiáng)帶鋼的化學(xué)成分為C 0. 10 O. 20wt. %, Si < O. 6wt. %, Mn < 2. 6wt. %, Cr 0. 35 O. 90wt. %, Nb :0. 015 O. 050wt. %, Ti :0. 015 O. 050wt. %, B 0. 0005
0.0030wt. %，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其生產(chǎn)工藝包括冶煉、鑄造、熱軋、酸洗、冷軋和連續(xù)退火等。該專(zhuān)利的超高強(qiáng)鋼連續(xù)退火時(shí)采用輥冷或高速?lài)姎饫鋮s方法。該專(zhuān)利的超高強(qiáng)鋼退火時(shí)不采用水淬或氣霧快冷技術(shù)，省去了酸洗、再加熱或閃鍍鎳工序，可以生產(chǎn)部分對(duì)焊接等要求不高的高強(qiáng)鋼產(chǎn)品。該專(zhuān)利的主要缺點(diǎn)是①該鋼中合金含量高，在連續(xù)退火時(shí)沒(méi)有采用高氫等快速冷卻技術(shù)，而是采用輥冷技術(shù)，因此該鋼不僅成形和焊接性能差， 而且連退生產(chǎn)時(shí)帶鋼易跑偏，生產(chǎn)不穩(wěn)定；②簡(jiǎn)單采用了均熱后快速冷卻的退火工藝，沒(méi)有充分利用連續(xù)退火工藝的緩冷工序，因此得到的鋼板的盡管具有高強(qiáng)度，但并不具有高塑性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有雙相鋼存在的上述不足，提供一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 07% O. 19%, Si :0. 10% O. 50%, Mn :1. 00% 2. 30%, P :彡 O. 020 %、S 彡 O. 015 %、N 彡 O. 008 %、Al :0· 02 % O. 07 %、Mo :彡 O. 40 %、Nb : ^ O. 06%,其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的生產(chǎn)方法包括以下步驟步驟a :按上述的具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的成分進(jìn)行冶煉，鑄成坯料；步驟b :將鑄成的坯料熱裝入爐，熱裝溫度500 800°C，并依次進(jìn)行熱軋、卷曲、酸洗和冷軋；步驟c :將軋制后的鋼板采用均熱、緩冷和快速冷卻相結(jié)合的方法進(jìn)行連續(xù)退火， 所述快速冷卻采用高氫高速氣體噴射的冷卻方法；步驟d :將退火后的鋼板依次進(jìn)行平整和精整。進(jìn)一步，所述步驟b中卷曲溫度為560 660°C，冷軋變形量為40% 62%。進(jìn)一步，所述步驟c中高氫高速氣體中H2濃度為20 70%，其余為N2。進(jìn)一步，所述步驟c中連續(xù)退火中均熱溫度750 820°C，緩冷速度3 30°C / s，緩冷溫度580 750°C，帶鋼在快速冷卻段的平均冷卻速度40 150°C /s，快冷溫度 270 380°C，時(shí)效溫度彡3800C。進(jìn)一步，所述步驟d中平整延伸率為O. I O. 6%。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)適當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，采用結(jié)合具有緩冷的連續(xù)退火工藝，通過(guò)嚴(yán)格控制連續(xù)退火工藝的均熱溫度、緩冷速度、緩冷溫度和快冷溫度等，可生產(chǎn)具有馬氏體、取向附生鐵素體和殘留鐵素體組織的高強(qiáng)度高塑性雙相鋼；本發(fā)明采用具有高速高氫噴氣冷卻裝置(20 70%氫氣含量)的連續(xù)退火線(xiàn)生產(chǎn)，可降低鋼中合金元素含量，保證鋼板的成形和焊接性能；本發(fā)明提供的高強(qiáng)度冷軋雙相鋼，其抗拉強(qiáng)度為700 1200MPa、延伸率為12 25%，可以很好的滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)對(duì)高強(qiáng)鋼的要求。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明通過(guò)相變強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化等多種強(qiáng)化機(jī)制來(lái)提高鋼的強(qiáng)度，并通過(guò)在鐵素體加馬氏體組織中引入取向附生鐵素體、通過(guò)控制取向附生鐵素體的量來(lái)提高鋼的塑性，獲得鐵素體、取向附生鐵素體和馬氏體并附加彌散強(qiáng)化粒子等組織特征的拉伸強(qiáng)度為700 1200MPa且延伸率El為12 25%的高強(qiáng)度雙相鋼。本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理如下雙相鋼的強(qiáng)度和塑性主要取決于組織中的鐵素體和馬氏體組織。為了改善其塑性，應(yīng)當(dāng)改善鐵素體的塑性，而為了提高其強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)使組織中獲得一定馬氏體量并保證其強(qiáng)度。因此，本發(fā)明采用獲得一定馬氏體量的方法保證該鋼的高強(qiáng)度，同時(shí)，與其它方法不一樣，本發(fā)明采用獲得一定量取向附生鐵素體的方法來(lái)改善鐵素體的塑性，并進(jìn)而提高鋼板的塑性。本發(fā)明的雙相鋼中加有Nb等元素以細(xì)化晶粒，同時(shí)Nb等可在組織中形成NbC、NbN、Nb(C、N)等彌散強(qiáng)化粒子，而含有這種彌散粒子的鐵素體組織塑性較差，本發(fā)明充分利用連續(xù)退火工藝的緩冷工序，通過(guò)控制連續(xù)退火工藝的均熱-緩冷-快速冷卻等各關(guān)鍵點(diǎn)溫度和緩冷速度來(lái)獲得一定量無(wú)彌散粒子的取向附生鐵素體，以提高鐵素體的塑性進(jìn)而提高雙相鋼的塑性。此外，本發(fā)明雙相鋼中添加Mn、Mo等使鋼的C曲線(xiàn)右移以提高鋼的淬透性，通過(guò)控制C、Mn、P、S的含量以提高鋼的焊接性能及塑性，嚴(yán)格控制O、H的含量以減少氧化物夾雜及氫致裂紋，并通過(guò)控制連鑄坯的冷卻、采用熱裝(熱裝溫度500 800°C )等防止板坯開(kāi)裂的措施來(lái)獲得優(yōu)質(zhì)鑄坯；通過(guò)采取提高熱軋工藝參數(shù)特別是熱軋卷取溫度控制精度以減小熱軋板的力學(xué)性能波動(dòng)；通過(guò)在連續(xù)退火線(xiàn)上采用結(jié)合緩慢冷卻的快速冷卻工藝，嚴(yán)格控制連退均熱溫度、緩冷速度、緩冷溫度、冷卻速度、快冷溫度、時(shí)效溫度及平整延伸率等關(guān)鍵參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)雙相鋼組織性能的控制。下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的各化學(xué)元素的作用和工藝技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)思路。C :是鋼中最基本的強(qiáng)化元素，同時(shí)C影響鋼的焊接性能，因此，在考慮強(qiáng)度的前提下，碳的含量盡量控制的低一些。本發(fā)明中，C含量為O. 07 O. 19%。Si :是固溶強(qiáng)化元素，對(duì)提高鋼板的強(qiáng)度有利，含量高時(shí)不利于鋼的焊接性能。本發(fā)明中，Si含量為O. 10 O. 50%。Mn :是固溶強(qiáng)化元素，并提高奧氏體的淬透性，同時(shí)可以降低鐵素體中的固溶C， 從而提高雙相鋼的延展性。Mn含量過(guò)高不利于焊接性能，本發(fā)明中，Mn含量定為I. 00 2. 30%。Mo :是強(qiáng)化元素，并提高奧氏體的淬透性，此外，同Nb配合可提高析出強(qiáng)化效果。 Mo含量過(guò)高不利于焊接性能，本發(fā)明中，Mo含量為< O. 40%。Nb :強(qiáng)碳、氮化物形成元素，通過(guò)晶粒細(xì)化提高鋼板強(qiáng)度，還能形成NbC、NbN等彌散強(qiáng)化粒子，增加材料強(qiáng)度。本發(fā)明中，Nb含量為< O. 06%。Al :是脫氧元素，同時(shí)能形成AlN質(zhì)點(diǎn)細(xì)化晶粒。Al小于O. 005%時(shí)作用不明顯， 超過(guò)O. %時(shí)會(huì)增加夾雜物量，影響塑性，本發(fā)明中Al含量為O. 02 O. 07%。生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)思路熱軋卷取溫度過(guò)高則氧化鐵皮會(huì)增厚，后續(xù)酸洗困難，卷取溫度過(guò)低時(shí)熱軋基板組織將細(xì)化，使熱軋基板強(qiáng)度大幅度提高，影響后續(xù)冷連軋變形，本發(fā)明卷取溫度定為 560 660。。。酸洗冷軋的主要目的是提高材料的表面質(zhì)量和厚度精度，冷軋變形量太小時(shí)難以達(dá)到上述目的，但冷軋變形量過(guò)大時(shí)，冷軋工序能耗明顯增加，板形也惡化。本發(fā)明中冷軋變形量定為40 62%。連續(xù)退火的工藝參數(shù)決定著材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。本發(fā)明通過(guò)化學(xué)成分及生產(chǎn)工藝特別是連續(xù)退火工藝技術(shù)參數(shù)的合理設(shè)計(jì)能夠獲得本發(fā)明具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明如下均熱均熱溫度的高低決定了材料在高溫下是處于奧氏體單相區(qū)還是處于奧氏體與鐵素體兩相區(qū)以及這兩個(gè)相的比例。本發(fā)明中，兩相區(qū)均熱溫度為750 820°C，以得到奧氏體加部分鐵素體組織。
緩冷影響到高強(qiáng)鋼的板形，更重要的是，緩冷是組織控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本發(fā)明通過(guò)控制緩冷溫度來(lái)控制奧氏體-鐵素體相變，得到奧氏體、取向附生鐵素體和殘留鐵素體組織。本發(fā)明中，緩冷速度為3 30°C /s，緩冷溫度為580 750°C。快冷采用高氫高速氣體噴射冷卻(H2濃度為20 70% )方法，實(shí)現(xiàn)鋼板的快速冷卻，完成奧氏體-馬氏體相變。本發(fā)明中，快冷溫度為270 380°C。時(shí)效時(shí)效溫度的高低將影響馬氏體的分解和第二相的析出，一般而言時(shí)效溫度提高會(huì)使材料強(qiáng)度和硬度下降而塑性提高，反之亦然。本發(fā)明中，時(shí)效溫度< 380°C。平整平整延伸率的大小主要影響材料的屈服強(qiáng)度和塑性，也會(huì)影響材料板形。一般而言，提高平整延伸率將使材料屈服強(qiáng)度提高，塑性下降，板形將有所改善，但是平整延伸率太大時(shí)不利于材料的成形性能。本發(fā)明中，平整延伸率為O. I O. 6%。下面根據(jù)發(fā)明具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的化學(xué)成分、熱軋、冷軋、連續(xù)退火及平整工藝參數(shù)的不同，通過(guò)實(shí)施例I 8來(lái)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。鋼水的化學(xué)成份見(jiàn)表1，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。表I實(shí)施例與對(duì)比專(zhuān)利的化學(xué)成分(％ )
權(quán)利要求
1.一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼，其特征在于，其化學(xué)成分重量百分比為C: O. 07% O. 19%、Si 0. 10% O. 50%、Mn 1. 00% 2. 30%、P ^ O. 020%、S 彡 O. 015%、 N 彡 O. 008%、Al 0. 02% O. 07%、Mo :彡 O. 40%、Nb S O. 06%，其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。
2.一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a :按權(quán)利要求I所述的具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的成分進(jìn)行冶煉，鑄成坯料；步驟b :將鑄成的坯料熱裝入爐，熱裝溫度500 800°C，并依次進(jìn)行熱軋、卷曲、酸洗和冷軋；步驟c :將軋制后的鋼板采用均熱、緩冷和快速冷卻相結(jié)合的方法進(jìn)行連續(xù)退火，所述快速冷卻采用高氫高速氣體噴射的冷卻方法；步驟d :將退火后的鋼板依次進(jìn)行平整和精整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟b中卷曲溫度為560 660°C，冷軋變形量為40% 62%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟c中高氫高速氣體中H2濃度為20 70%，其余為N2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟c中連續(xù)退火中均熱溫度750 820°C，緩冷速度3 30°C /s，緩冷溫度580 7500C，帶鋼在快速冷卻段的平均冷卻速度40 150°C /s,快冷溫度270 380°C，時(shí)效溫度彡380 °C ο
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟d中平整延伸率為O. I O. 6%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高強(qiáng)度和高塑性的雙相鋼及其生產(chǎn)方法。所述雙相鋼的化學(xué)成分重量百分比為C0.07%～0.19%、Si0.10%～0.50%、Mn1.00%～2.30%、P≤0.020%、S≤0.015%、N≤0.008%、Al0.02%～0.07%、Mo≤0.40%、Nb≤0.06%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明通過(guò)控制連續(xù)退火工藝的均熱溫度、緩冷速度、緩冷溫度和快冷溫度等，可生產(chǎn)具有馬氏體、取向附生鐵素體和殘留鐵素體組織的高強(qiáng)度高塑性雙相鋼；采用具有高速高氫噴氣冷卻裝置的連續(xù)退火線(xiàn)生產(chǎn)，可降低鋼中合金元素含量，保證鋼板的成形和焊接性能。
文檔編號(hào)C22C38/06GK102605240SQ20111040971
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者朱立新, 梁軒, 王全禮, 王勇圍, 趙運(yùn)堂, 陽(yáng)代軍, 黃學(xué)啟 申請(qǐng)人:首鋼總公司