专利名称：一种低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及轧钢技术领域，具体涉及低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢及其生产工艺。
背景技术：
随着现代汽车向高安全性、经济环保、高寿命等方向发展，对汽车板的强度、成型性、耐蚀性提出了越来越高的要求。为满足汽车发展的要求，同时与铝、镁合金等材料竞争，世界各大钢铁公司均致力于开发高强度汽车板。根据ULSAB计划，大部分高强度汽车板采用的均为双相钢。研究和实际生产表明，通过控轧控冷得到的以Si-Mn为主要添加元素的双相钢的抗拉强度可超过600MPa，而且成型性能优良，在汽车制造业及其他方面有广泛的应用前景。为此，Si-Mn系双相钢的研发已成为高强汽车板的热点之一。
双相钢的组织为铁素体+马氏体，种类有热轧双相钢板及冷轧双相钢板、热镀锌板及电镀锌板，强度级别为500、600、700、800、1000N/mm2。开发Si-Mn系双相钢，既能够使强度提高，又具有良好的成形性能，同时还可以使成本下降。从双相钢板的实际使用情况看，超过50％为热轧双相钢，因此，开发热轧双相钢板带生产工艺是至关重要的。
双相钢与一般的高强度低合金钢相比，在屈服强度相当的情况下可节省金属10％。所以，双相钢不仅可以用于汽车减重，也可以用于其它深冲用钢。
在高强度汽车钢板开发方面，日本和欧美在世界上处于领先地位。日本神户制钢开发的具有双相组织的合金化镀锌板，强度为590～780MPa，延伸率为32～23％。另外，日本的NKK、住友金属等都开发生产出了热轧双相钢。目前，日本轿车的安全件和抗碰撞件，均采用双相钢。据日本新日铁统计，汽车用双相钢2000年订单比1996年提高了20倍。美国的通用和福特汽车公司研究和使用双相钢已有多年的历史，用双相钢制造的客车轮辐，除重量减轻14％以外，疲劳寿命是普通碳钢的2倍。目前，美国轿车用双相钢板，每车平均用量为50Kg以上。德国、法国、意大利、英国、瑞典等国对双相钢也进行了开发和研究，并在汽车制造业中均有应用。
我国热轧双相钢板的研究起始于20世纪80年代，目前仍处于试生产和推广阶段。国内钢铁企业宝钢、武钢已立项开发高强双相钢系列产品，并取得了重要进展，已经成为我国高强度汽车板的主要生产厂家。所存在的主要问题是，由于在钢中添加如Cr、Mo等贵重金属，使生产成本居高不下。例如，当时生产的双相钢由于Cr和Mo的总含量超过1％(0.9％Cr-0.3Mo)，售价达到每吨1万元，造成虽然产品达到要求的性能指标但用户无力承受的局面。另外，性能波动较大、不能形成稳定生产工艺也一直是生产热轧双相钢板所面临的一个主要问题。
发明内容
针对现有双相钢及其生产技术存在的问题，本发明提供一种低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢及其生产工艺。
本发明的热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.06～0.10％，Mn 0.4～1.20％，Si 0.015～0.45％，Nb 0.015～0.04％，Ti 0.005～0.03％，S≤0.003％，Al≤0.034％，P≤0.014％，余量为Fe。
为保证双相钢的力学性能，研究得到微合金元素Nb和Ti总量的最佳含量应控制在0.07wt.％以内。
轧制生产工艺步骤依次包括加热、保温、粗轧、精轧、轧后冷却及卷取，具体为将按以上设计成分设计、冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1190～1250℃，保温1～2h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1050～1150℃，精轧开轧温度控制在930～960℃，终轧温度控制在790～850℃。固溶状态的Nb延迟了热变形过程中的静态和动态再结晶，铌与碳和氮结合形成小的碳氮化物也延迟了再结晶，形成阻止晶粒长大的有效屏障并有显著沉淀强化的效果。每道次的压下量控制在19％～33％的范围内，在精轧的前三道次采用大于或等于23％的压下量，通过奥氏体的准动态再结晶实现晶粒细化，在精轧机组的剩余道次压下量保持大于或等于25％，实现奥氏体的未再结晶轧制，以便得到硬化的奥氏体，这种组织大量存在的晶界、孪晶界，位错和变形带极大的提高了铁素体的形核率，晶粒进一步细化。
对精轧后的钢坯进行冷却，冷却采用以下冷却方式中的一种(1)空冷+水冷，空冷冷却速率为3～7℃/s，控制冷却后温度达到690～750℃；水冷冷却速率为70～200℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
(2)水冷+空冷+水冷，第一步水冷冷却速率为30～50℃/s，控制冷却后温度达到690～780℃；空冷冷却速率为2～7℃/s，控制冷却后温度达到640～710℃；第二步水冷冷却速率为70～170℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制在140～300℃的范围，产品厚度控制在2.5～4.5mm。
本发明工艺制备的产品组织为细小铁素体基体上弥散分布着细小的马氏体岛的双相组织，其中铁素体的尺寸范围为2～4μm，产品具备优良的力学性能，抗拉强度达500～610MPa，延伸率达20～30％，屈强比≤0.7。本发明的钢材设计成分以及生产工艺使得生产成本降低，有利于工业化生产。
图1包括(a)、(b)为4％的硝酸酒精试剂腐蚀法得到的双相钢的金相组织照片。
图2包括(a)、(b)为Lepra试剂腐蚀法得到的双相钢的金相组织照片，其中灰色为铁素体，白色为马氏体。
图3为低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢的典型拉伸曲线。
具体实施例方式
实施例1热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.08％，Mn 1.02％，Si 0.22％，Nb 0.02％，Ti 0.013％，S 0.002％，Al 0.03％，P 0.012％，余量为Fe。
轧制生产工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，具体为将按以上设计成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1200℃，保温1.5h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1090℃，精轧开轧温度控制在950℃，终轧温度控制在790℃。压下规程为24％-20％-20％-19％-23％-25％-25％-27％-25％-33％-26％。冷却采用“空冷+水冷”冷却方式，空冷冷却速率为3℃/s，控制冷却后温度达到690℃；水冷冷却速率为166℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制为140℃，产品厚度控制在4.0mm。
所制备的产品屈服强度408MPa，抗拉强度610MPa，总延伸率22.3％，屈强比0.67，应变硬化指数N 0.1845，塑性应变比为0.6959。
实施例2热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.1％，Mn 0.4％，Si 0.3％，Nb 0.04％，Ti 0.02％，S 0.003％，Al 0.034％，P 0.012％，余量为Fe。
轧制生产工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，具体为
将按以上设计成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1190℃，保温2h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1100℃，精轧开轧温度控制在930℃，终轧温度控制在800℃。压下规程为24％-20％-22％-19％-23％-25％-27％-27％-25％-33％-25％。冷却采用“空冷+水冷”冷却方式，空冷冷却速率为7℃/s，控制冷却后温度达到750℃；水冷冷却速率为70℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制为300℃，产品厚度控制为3.5mm。
所制备的产品屈服强度425MPa，抗拉强度590MPa，总延伸率23％，屈强比0.70，应变硬化指数N 0.1708，塑性应变比0.6561。
实施例3热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.06％，Mn 1.2％，Si 0.45％，Nb 0.015％，Ti 0.013％，S 0.003％，Al 0.034％，P 0.014％，余量为Fe。
轧制生产工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，具体为将按以上设计成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1250℃，保温1h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1150℃，精轧开轧温度控制在945℃，终轧温度控制在824℃。压下规程为23％-20％-20％-19％-23％-25％-26％-27％-25％-30％-25％。冷却采用“空冷+水冷”冷却方式，空冷冷却速率为5℃/s，控制冷却后温度达到730℃；水冷冷却速率为200℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制为225℃，产品厚度控制在3.9mm。
所制备的产品屈服强度357MPa，抗拉强度575MPa，总延伸率26.8％，屈强比0.626，应变硬化指数N 0.1971，塑性应变比0.9972。
实施例4热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.08％，Mn 1.0％，Si 0.22％，Nb 0.02％，Ti 0.013％，S 0.002％，Al 0.03％，P 0.012％，余量为Fe。
轧制生产工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，具体为将按以上设计成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1250℃，保温2h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1100℃，精轧开轧温度控制在960℃，终轧温度控制在850℃。压下规程为24％-20％-21％-19％-24％-25％-27％-27％-25％-33％-25％。冷却采用“水冷+空冷+水冷”冷却方式，第一步水冷冷却速率为30℃/s，控制冷却后温度达到690℃；空冷冷却速率为2℃/s，控制冷却后温度达到640℃；第二步水冷冷却速率为120℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制为270℃，产品厚度控制在4.5mm。
所制备的产品屈服强度370MPa，抗拉强度560MPa，总延伸率29.96％，屈强比0.66，应变硬化指数N 0.2016，塑性应变比R 0.8579。
实施例5本发明的热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.10％，Mn 1.2％，Si 0.45％，Nb 0.02％，Ti 0.03％，S 0.003％，Al 0.034％，P0.014％，余量为Fe。
轧制生产工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，具体为将按以上设计成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1200℃，保温1.5h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1060℃，精轧开轧温度控制在960℃，终轧温度控制在790℃。压下规程为23％-20％-20％-19％-23％-25％-27％-27％-25％-30％-25％。冷却采用“水冷+空冷+水冷”冷却方式，第一步水冷冷却速率为40℃/s，控制冷却后温度达到780℃；空冷冷却速率为4℃/s，控制冷却后温度达到660℃；第二步水冷冷却速率为70℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制为220℃，产品厚度控制在2.5mm。
所制备的产品屈服强度370MPa，抗拉强度540MPa，总延伸率23.76％，屈强比0.685，应变硬化指数N 0.1964，塑性应变比R 0.6652。
实施例6热轧细晶双相钢按重量百分比计的设计成分为C 0.08％，Mn 1.02％，Si 0.015％，Nb 0.04％，Ti 0.005％，S 0.003％，Al 0.034％，P 0.014％，余量为Fe。
轧制生产工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，具体为将按以上设计成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至温度1190℃，保温1.5h，进行轧制。粗轧开轧温度控制在1050℃，精轧开轧温度控制在930℃，终轧温度控制在840℃。压下规程为24％-22％-20％-19％-23％-25％-27％-27％-25％-31％-25％。冷却采用“水冷+空冷+水冷”冷却方式，第一步水冷冷却速率为50℃/s，控制冷却后温度达到750℃；空冷冷却速率为7℃/s，控制冷却后温度达到710℃；第二步水冷冷却速率为170℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
卷取温度控制为180℃，产品厚度控制在3.9mm。
所制备的产品屈服强度390MPa，抗拉强度565MPa，总延伸率20％，屈强比0.69，应变硬化指数N 0.1816，塑性应变比R 1.5818。
权利要求
1.一种低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢，以重量百分比计其成分为C0.06～0.10％，Mn0.4～1.2％，Si0.015～0.45％，Nb0.015～0.04％，Ti0.005～0.03％，S≤0.003％，Al≤0.034％，P≤0.014％，余量为Fe。
2.按照权利要求1所述的低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢，其特征在于Nb和Ti总量控制在0.1％以内。
3.权利要求1所述的低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢的生产工艺，其特征在于工艺步骤包括(1)将按权利要求1所述成分冶炼好的钢材铸成坯料，将坯料加热至1190～1250℃，保温1～2h；(2)进行轧制，粗轧开轧温度控制在1050～1150℃，精轧开轧温度控制在930～960℃，终轧温度控制在790～850℃；每道次的压下量控制在19％～33％的范围，在精轧的前三道次采用大于或等于23％的压下量，在精轧机组的剩余道次压下量保持大于或等于25％；(3)冷却，对精轧后的钢坯进行冷却，控制钢坯冷却后温度达到卷取温度；(4)卷取，控制温度在140～300℃范围，控制产品厚度在2.5～4.5mm范围。
4.按照权利要求3所述的低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢的生产工艺，其特征在于冷却工艺采用以下冷却方式中的一种(1)空冷+水冷，空冷冷却速率为3～7℃/s，控制冷却后温度达到690～750℃；水冷冷却速率为70～200℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度；(2)水冷+空冷+水冷，第一步水冷冷却速率为30～50℃/s，控制冷却后温度达到690～780℃；空冷冷却速率为2～7℃/s，控制冷却后温度达到640～710℃；第二步水冷冷却速率为70～170℃/s，控制冷却后温度达到卷取温度。
全文摘要
一种低Si低Mn含Nb、Ti细晶化热轧双相钢，以重量百分比计的成分为C 0.06～0.10％，Mn 0.4～1.2％，Si 0.015～0.45％，Nb 0.015～0.04％，Ti 0.005～0.03％，S≤0.003％，Al≤0.034％，P≤0.014％，余量为Fe。轧制工艺包括加热、保温、粗轧、精轧、冷却、卷取，粗轧开轧温度1050～1150℃，精轧开轧温度930～960℃，终轧温度790～850℃；每道次的压下量控制在19％～33％范围内，在精轧的前三道次采用大于或等于23％的压下量，在精轧机组的剩余道次压下量保持大于或等于25％。产品具备优良的力学性能，抗拉强度达500～610MPa，延伸率达20～30％，屈强比≤0.7；生产成本降低，利于工业化生产。
文档编号B21B37/16GK1789467SQ200510047979
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者刘振宇, 狄国标, 王月香, 刘相华, 王国栋 申请人:东北大学