专利名称：一种热轧耐腐蚀烘烤硬化钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别涉及到一种热轧耐腐蚀烘烤硬化钢及其制备方法。
背景技术：
烘烤硬化性能即Baking Hardening Ability，简称“BH性”，系指钢在退火、平整后的供货状态下有较低的屈服强度，经过冲压成形、喷漆烘烤后屈服强度得到一定程度增加的性能。烘烤硬化钢归属于汽车用薄钢系列，主要用于制造汽车覆盖件(卡车驾驶室)和车身部件，对烘烤硬化钢的基本性能要求①钢的总伸长率和均勻伸长率；②钢的塑性应变比(r)和应变强化指数(η)；③冲压成形性能；④抗凹陷性能；⑤抗冲击性能；⑥焊接性能。汽车用钢可用性的主要技术要求是深冲性与抗凹陷性能。为解决深冲性能与抗凹陷性能的矛盾，开发了热轧耐腐蚀烘烤硬化IF钢。其优点为①耐腐蚀性比普通低碳钢或 BH钢高1倍以上；②比普通钢强度高100 150MPa，具有极强的抗凹性；③深冲性比普碳钢更优秀；④成本低于普碳钢。以超低碳无间隙原子钢(IF钢)为代表的第三代产品是超深冲钢。这是20世纪 80年代以来所开发的以超低碳为基本成分，IF钢为主要代表的新一代汽车薄钢系列产品。 它具有极强烈的{111}织构、纯净的钢质以及较粗大的铁素体晶粒，从而获得超深冲性。目前，世界各国都在竞相研制和开发由IF钢所繁衍的超低碳系列产品的汽车薄钢，预计不远的将来.超低碳系列产品格逐步取代第二代产品，使汽车薄钢应用水平上升到一个新高度。美国内陆钢铁公司最早利用冲压时的应变和喷漆烘烤时的温度条件，开发出BH 钢板，提高了汽车钢板构件的强度。目前该公司已经可以进行低碳钢、含磷钢和超低碳钢三个化学成分系列BH钢种的生产；德国蒂森钢铁公司在20世纪80年代末期已经能够系列化、标准化的生产BH钢板，并同德国大众、宝马、戴姆勒-奔驰和沃尔沃等汽车公司合作，进行高强度BH钢板成形性和实际应用的研究开发工作。法国阿赛洛集团是当今世界最大的汽车板生产商，该公司可生产160 300MPa级别的BH钢板；日本各大钢铁公司在20世纪 80年代就普遍生产BH钢板，但是目前通常采用连铸、热轧、连续退火的生产工艺进行生产， 生产效率较低。热轧耐腐蚀烘烤硬化钢是在IF钢中加入耐腐蚀元素P、Cu，使生产的热轧钢同时具有优异的深冲性能、相对较高的强度和良好的耐腐蚀性能，在热轧后可直接酸洗、平整、 加工成形，省去了后续的冷轧、退火、镀锌等工序，生产企业不仅节省成本，也降低了能源消耗和污染气体的排放，同时对汽车制造企业的用户有利于汽车减重和延长汽车使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热轧耐腐蚀烘烤硬化钢及其制备方法，实现了节能环保、成本低、产品质量稳定、抗腐蚀性能好、使用寿命长；该钢种可用作汽车零部件。根据上述目的，本发明整体的技术方案为本发明的设计原理是通过在理论上系统分析钢中P、C、Ti、Mn、B等元素对耐蚀钢性能的影响，同时兼顾生产成本及工艺，对这种新型耐蚀钢的化学成分进行优化设计，并提出相应的生产方法，由此可获得一种成本低、产品质量稳定、抗腐蚀性能好、使用寿命长的热轧耐腐蚀烘烤硬化钢，并完全满足汽车企业用户要求。该钢种成分特点是(1)碳含量尽可能低；( 硅含量要低；( 精炼采用硼微合金化技术；(4)钢水经Ca处理；(5)合理控制氮含量。根据上述目的和整体的技术方案，本发明具体技术方案为本发明的热轧耐腐蚀烘烤硬化钢板的化学组成成分(重量％ )为C 0. 005%, Si 彡 0. 05%, Mn 彡 0. 15%, P :0. 06 0. 080%, S 彡 0. 01%, Cu :0. 20 0. 35%, Ti 0. 015 0. 025%, B 0. 0010 0. 0020%, Als :0. 020 0. 030%, Ca :0. 0025 0. 0035%
余为狗。本发明所述的耐腐蚀烘烤硬化钢金相组织结构为铁素体，晶内有少量的渗碳体， 晶粒度低于9级。该钢的性能抗拉强度Rm为340 350MPa,屈服强度Rel为265 280MPa,伸长率A80为41. 5 45. 5%，r90彡1. 2，n90彡0. 18，BH彡50MPa，相对腐蚀率不高于镀锌板的 50%,同等使用环境下寿命提高1. 0倍。本发明的制备方法包括炼钢、连铸、均热、热连轧、卷取工序，在工艺中控制的技术参数为在均热工序温度为1100 1150°C，热连轧工序中终轧温度880 930°C，卷取过程采用多段式控制冷却，先由终冷温度快速冷却到720 760V，自然冷却4 8s，卷取温度为 650 700 0C ο经Ca处理后，钢中的夹杂物可以有效变性为以CaS为核心的硬质质点，上浮后可从钢水中去除，使钢水洁净度提高。采用控制轧制和控制冷却热轧后，该钢板的抗拉强度Rm 为 340 350MPa，屈服强度 Rel 为 265 280MPa，伸长率 A8tl 为 41. 5 45. 5%，r90 彡 1. 2， n90彡0. 18，预变形2%后在170°C下加热20min，BH彡50MPa，相对腐蚀率不高于镀锌板的 50%，同等使用环境下寿命可提高1. 0倍。该钢耐蚀性的检验方法采用GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定方法进行测定，本试验中，将150mmX IOOmmX Imm的试样磷化后涂漆，浸入50士5g/l的NaCl 溶液中，PH (6. 5 7. 2)，喷雾压力(70 170) kPa，降雾量(1 2. 5)ml/h，测定产生锈层的时间和划痕层离宽度及腐蚀宽度。本发明化学成分的设计依据为C 现代烘烤硬化钢强度的增加归根结底是由于填隙碳原子。本发明使用Ti形成的固溶氮化物来固定氮原子。氮在室温时比碳原子的扩散速率快，这使得它在室温储存过程中通过铁素体基体和钉扎的位错进行扩散。碳原子较慢的扩散速率允许钢在室温保持六个月而不时效。碳含量增加，对应的烘烤硬化性能也增加，这是由于更多的固溶原子可以更加有效的钉扎移动的位错，簇状物可以更加迅速的形成。研究表明，碳含量从0增加到40ppm，对应的烘烤硬化性能从40MPa增加到70MPa ；进一步增加固溶碳原子对烘烤硬化性能的增加没有作用。随碳含量的增加，形成的析出物也增加，导致基体强化，这会增加材料的抗拉强度，同时也会少量的影响屈服强度。但是随着碳含量的增加，缺口韧性降低，而 HAZ(热影响区)硬度提高，并且钢的延伸率随之下降，当碳含量偏高时，在快速加热和冷却的半平衡状态下(如焊接)会发生局部包晶反应，P、S很容易偏析到奥氏体晶界。因此对含P高的钢，降低碳含量是改善缺口韧性、焊接性以及冲压性最有效的办法之一，因此本发明钢将碳含量控制在0. 005%以下以保证产品钢中固溶碳在15 25ppm。Si 硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，硅量增加，会降低钢的焊接性能，而本发明所述的耐腐蚀钢要求具有较低的强度和良好的可焊性能，因此，将硅含量设定为0. 05%以下。Mn 锰加入钢中的主要作用为固溶强化提高钢的强度，而在耐腐蚀钢中Mn的作用是有害的，因为其易于形成MnS，对耐蚀性危害较大(当钢中硫含量>0.01%)。考虑到最终用户需冲压加工成型，就必须在耐蚀的前提下兼顾钢的强度和塑韧性，因此本发明钢的 Mn需控制在0. 15%以下。P:提高P含量对改善处于潮湿环境中的钢耐蚀性是非常有效的，但是加入过量的磷会降低缺口韧性和焊接性能，且在后续加工过程会出现二次加工硬化，不利于成形性。 当P含量由0. 01%提高到0. 08%时，钢经五年大气暴露后，重量损失由160mg/cm2减少至 90mg/cm2,而P含量超过0. 08%后重量损失随P含量的增加而减少是轻微的，因此本发明钢的P含量控制在0. 06 0. 080 %。S 硫是有害元素(易切削钢除外)。S在δ铁及Y铁中的溶解度都很小，所以钢液在凝固时，随着钢液的凝固，S向未凝固的液体部富集，造成凝固组织偏析，结果使钢的宏观组织极不均勻；其次S可以形成多种硫化物(如i^S、MnS)。硫对焊接性能也不利。钢中 S是耐腐蚀钢的大敌，因此要尽可能将S控制极低的水平。Cu:铜不仅对焊接热影响区硬化及韧性没有不良的影响，还可以使母材的强度、低温韧性大大提高，同时由于Cu的沉淀析出增强了钢的晶间抗腐蚀能力，尤其对抗气体腐蚀 (H2S等)的能力。但当钢中铜含量过高时，使钢件在热加工时表面容易产生裂纹。为此，本发明钢中的铜含量设计为0. 20 0. 35%。B 钢中加入微量B元素可以有效的防止P在晶界偏析，对改善和消除铸坯纵裂有一定积极的作用，并且为了保证钢的低屈服强度和较高的伸长率，希望通过加入微量的B 抑制奥氏体向铁素体转变过程铁素体的形核，促进铁素体晶粒长大。本发明钢设计B含量在 0. 0010 0. 0020% O该钢耐蚀性的检验方法采用GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定方法进行测定，本试验中，将150mmX IOOmmX Imm的试样磷化后涂漆，浸入50士5g/l的NaCl 溶液中，pH :(6. 5 7. 2)，喷雾压力(70 170) kPa，降雾量(1 2. 5)ml/h，测定产生锈层的时间和划痕层离宽度及腐蚀宽度。本发明采用与现有技术相似的制备方法，既可采用常规转炉(或电炉)炼钢+RH 精炼+板坯连铸+轧制工艺，也可采用转炉(或电炉)炼钢+RH精炼+薄板坯连铸连轧生产工艺。在整个生产工艺流程中，从成分控制到连铸、热轧、卷取、平整的每一工序都影响热轧板卷的最终性能。本发明与现有技术相比具有节能环保、成本低、产品质量稳定、抗腐蚀性能好、使用寿命长的优点。上述优点具体为烘烤前抗拉强度Rm为340 350MPa，屈服强度Rel为265 280MPa，伸长率 A8tl 为 41. 5 45. 5%, r90 ^ 1. 2，n90 彡 0. 18，预变形 2%后在 170°C 下加热20min，BH ^ 50MPa，相对腐蚀率不高于镀锌板的50%，同等使用环境下寿命可提高 1.0 倍。
图1为镀锌板对比板试样外观。
图2为镀锌板对比板磷化后涂漆外观。
图3为耐腐蚀烘烤硬化钢板试样外观。
图4为耐腐蚀烘烤硬化钢板磷化后涂漆外观。
图5为镀锌板腐蚀后照片，192小时。
图6为镀锌板腐蚀后照片，840小时。
图7为耐腐蚀烘烤硬化钢板腐蚀后照片，192 /J
图8为耐腐蚀烘烤硬化钢板腐蚀后照片，840 /J
具体实施例方式本发明采用15kg真空电磁冶炼炉冶炼出符合设定成分控制范围的钢水后，用 50mmX IOOmmX 300mm的结晶器得到小铸坯，铸坯加热到1150°C后进行热轧，热轧重点是控制终轧温度890°C和卷取温度彡6800C以获得理想的力学性能、适合的BH值和良好的抗室温时效性。采用本发明所述的化学成分，制备了一批次热轧耐缝隙烘烤硬化钢，经过冶炼及浇铸凝固的铸坯加热至1150°C，终轧温度为893°C，卷取温度690°C，轧制成3mm厚钢带，从钢带中间部位截取若干试样进行分析，其化学成分和机械性能分别如表1和表2所示。表1本发明实施例钢成分Wt %
权利要求
1.一种热轧耐腐蚀烘烤硬化钢，其特征在于，该钢的化学成分重量百分数为c 彡 0. 005%, Si 彡 0. 05%, Mn 彡 0. 15%, P :0. 06 0. 080%, S ^ 0. 01%, Cu :0. 20 0. 35%,Ti 0. 015 0. 025%,B :0. 0010 0. 0020%,Als :0. 020 0. 030%,Ca :0. 0025 0. 00；35%余量为 Fe。
2.根据权利要求1所述的热轧耐腐蚀烘烤硬化钢，其特征在于，该钢金相组织结构为铁素体，晶内有少量的渗碳体，晶粒度低于9级；该钢的性能抗拉强度Rm为340 350MPa,屈服强度Rel为265 280MPa,伸长率A80 为41. 5 45. 5%,r90 ^ 1. 2，n90彡0. 18，BH彡50MPa，相对腐蚀率不高于镀锌板的50%, 同等使用环境下寿命提高1. 0倍。
3.—种权利要求1或2所述热轧耐腐蚀烘烤硬化钢的制备方法，包括炼钢、连铸、均热、 热连轧、卷取工序；其特征在于，在工艺中控制的技术参数为在均热工序温度为1100 1150°C，热连轧工序中终轧温度880 930°C，卷取过程采用多段式控制冷却，先由终冷温度快速冷却到720 760°C,自然冷却4 8s，卷取温度为650 700°C ；经Ca处理后，钢中的夹杂物变性为以CaS为核心的硬质质点，上浮后从钢水中去除，使钢水洁净度提高；采用控制轧制和控制冷却热轧后，该钢板的抗拉强度Rm为340 350MPa， 屈服强度Rel为265 280MPa，伸长率A8tl为41. 5 45. 5%，r9(1彡1. 2，n90彡0. 18，预变形 2%后在170°C下加热20min，BH彡50MPa，相对腐蚀率不高于镀锌板的50%，同等使用环境下寿命可提高1. 0倍。
全文摘要
一种热轧耐腐蚀烘烤硬化钢及其制备方法，属于金属材料领域。该钢的化学组成重量百分数为C≤0.005％，Si≤0.05％，Mn≤0.15％，P0.06～0.080％，S≤0.01％，Cu0.20～0.35％，Ti0.015～0.025％，B0.0010～0.0020％，Als0.020～0.030％，Ca0.0025～0.0035％，余为Fe。制备方法包括炼钢、连铸、均热、热连轧、卷取工序。优点在于，与现有技术相比能够高效、低成本的生产热轧耐腐蚀烘烤硬化钢；并且，节能环保、成本低、产品质量稳定、抗腐蚀性能好、使用寿命长；该热轧烘烤硬化钢应用于汽车生产上，可有效减轻汽车重量。
文档编号C21D8/02GK102321844SQ20111030452
公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者仇圣桃, 刘家琪, 卢军辉, 张慧 申请人:中达连铸技术国家工程研究中心有限责任公司, 钢铁研究总院