专利名称：一种具有高强度和高塑性的双相钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种双相钢及其生产方法，尤其涉及一种具有高强度和高塑性的双相钢及其生产方法。
背景技术：
双相钢是主要由铁素体和马氏体所组成的钢，其显微组织中马氏体体积分数一般为10 35%。双相钢具有屈服点低、无屈服点伸长、初始加工硬化速率高以及强度和塑性匹配好等特点，是一种强度高成形性好的新型汽车用钢。随着现代汽车工业的减重节能和对安全性要求的不断提高，特别是随着车体轻量化技术研究的深入，要求所使用的钢铁材料必须具有高强度，同时保证良好的塑性。由世界著名钢铁公司资助的ULSAB计划的研究结果表明，为了延续钢材相对于其它竞争材料的优势地位，必需大量使用高强度钢，在代表汽车用钢未来发展方向的新车型C级车和PNGV级车中，相变强化的双相钢已占整个结构用钢的72%以上。通常，冷轧双相钢板采用连续退火机组生产，冷轧双相钢连续退火的典型工艺流程为开卷-清洗-加热-均热-快速冷却-过时效-二次冷却-平整-精整-冷轧双相钢。同时，由于高强度双相钢在要求高强度的同时要求较好的成形性能和焊接性能， 因此对冶金工艺控制水平要求很高，如何在保证双相钢高强度的同时，提高其塑性是各钢铁公司研究的重点。中国专利申请号200510027399. 3提供了一种1180Mpa超高强带钢及其生产方法，该超高强带钢的化学成分为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. %，其余为铁和不可避免的杂质，其生产工艺包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧和连续退火等。该专利的超高强钢连续退火时采用辊冷或高速喷气冷却方法。该专利的超高强钢退火时不采用水淬或气雾快冷技术，省去了酸洗、再加热或闪镀镍工序，可以生产部分对焊接等要求不高的高强钢产品。该专利的主要缺点是①该钢中合金含量高，在连续退火时没有采用高氢等快速冷却技术，而是采用辊冷技术，因此该钢不仅成形和焊接性能差， 而且连退生产时带钢易跑偏，生产不稳定；②简单采用了均热后快速冷却的退火工艺，没有充分利用连续退火工艺的缓冷工序，因此得到的钢板的尽管具有高强度，但并不具有高塑性。
发明内容
本发明针对现有双相钢存在的上述不足，提供一种具有高强度和高塑性的双相钢及其生产方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种具有高强度和高塑性的双相钢的化学成分重量百分比为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%,其余为Fe和不可避免杂质。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下一种具有高强度和高塑性的双相钢的生产方法包括以下步骤步骤a :按上述的具有高强度和高塑性的双相钢的成分进行冶炼，铸成坯料；步骤b :将铸成的坯料热装入炉，热装温度500 800°C，并依次进行热轧、卷曲、酸洗和冷轧；步骤c :将轧制后的钢板采用均热、缓冷和快速冷却相结合的方法进行连续退火， 所述快速冷却采用高氢高速气体喷射的冷却方法；步骤d :将退火后的钢板依次进行平整和精整。进一步，所述步骤b中卷曲温度为560 660°C，冷轧变形量为40% 62%。进一步，所述步骤c中高氢高速气体中H2浓度为20 70%，其余为N2。进一步，所述步骤c中连续退火中均热温度750 820°C，缓冷速度3 30°C / s，缓冷温度580 750°C，带钢在快速冷却段的平均冷却速度40 150°C /s，快冷温度 270 380°C，时效温度彡3800C。进一步，所述步骤d中平整延伸率为O. I O. 6%。本发明的有益效果是本发明通过适当的成分设计和工艺设计，采用结合具有缓冷的连续退火工艺，通过严格控制连续退火工艺的均热温度、缓冷速度、缓冷温度和快冷温度等，可生产具有马氏体、取向附生铁素体和残留铁素体组织的高强度高塑性双相钢；本发明采用具有高速高氢喷气冷却装置(20 70%氢气含量)的连续退火线生产，可降低钢中合金元素含量，保证钢板的成形和焊接性能；本发明提供的高强度冷轧双相钢，其抗拉强度为700 1200MPa、延伸率为12 25%，可以很好的满足汽车行业对高强钢的要求。
具体实施例方式以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明通过相变强化、弥散强化和细晶强化等多种强化机制来提高钢的强度，并通过在铁素体加马氏体组织中引入取向附生铁素体、通过控制取向附生铁素体的量来提高钢的塑性，获得铁素体、取向附生铁素体和马氏体并附加弥散强化粒子等组织特征的拉伸强度为700 1200MPa且延伸率El为12 25%的高强度双相钢。本发明的设计原理如下双相钢的强度和塑性主要取决于组织中的铁素体和马氏体组织。为了改善其塑性，应当改善铁素体的塑性，而为了提高其强度，应当使组织中获得一定马氏体量并保证其强度。因此，本发明采用获得一定马氏体量的方法保证该钢的高强度，同时，与其它方法不一样，本发明采用获得一定量取向附生铁素体的方法来改善铁素体的塑性，并进而提高钢板的塑性。本发明的双相钢中加有Nb等元素以细化晶粒，同时Nb等可在组织中形成NbC、NbN、Nb(C、N)等弥散强化粒子，而含有这种弥散粒子的铁素体组织塑性较差，本发明充分利用连续退火工艺的缓冷工序，通过控制连续退火工艺的均热-缓冷-快速冷却等各关键点温度和缓冷速度来获得一定量无弥散粒子的取向附生铁素体，以提高铁素体的塑性进而提高双相钢的塑性。此外，本发明双相钢中添加Mn、Mo等使钢的C曲线右移以提高钢的淬透性，通过控制C、Mn、P、S的含量以提高钢的焊接性能及塑性，严格控制O、H的含量以减少氧化物夹杂及氢致裂纹，并通过控制连铸坯的冷却、采用热装(热装温度500 800°C )等防止板坯开裂的措施来获得优质铸坯；通过采取提高热轧工艺参数特别是热轧卷取温度控制精度以减小热轧板的力学性能波动；通过在连续退火线上采用结合缓慢冷却的快速冷却工艺，严格控制连退均热温度、缓冷速度、缓冷温度、冷却速度、快冷温度、时效温度及平整延伸率等关键参数实现对双相钢组织性能的控制。下面详细说明本发明具有高强度和高塑性的双相钢的各化学元素的作用和工艺技术参数的设计思路。C :是钢中最基本的强化元素，同时C影响钢的焊接性能，因此，在考虑强度的前提下，碳的含量尽量控制的低一些。本发明中，C含量为O. 07 O. 19%。Si :是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利，含量高时不利于钢的焊接性能。本发明中，Si含量为O. 10 O. 50%。Mn :是固溶强化元素，并提高奥氏体的淬透性，同时可以降低铁素体中的固溶C， 从而提高双相钢的延展性。Mn含量过高不利于焊接性能，本发明中，Mn含量定为I. 00 2. 30%。Mo :是强化元素，并提高奥氏体的淬透性，此外，同Nb配合可提高析出强化效果。 Mo含量过高不利于焊接性能，本发明中，Mo含量为< O. 40%。Nb :强碳、氮化物形成元素，通过晶粒细化提高钢板强度，还能形成NbC、NbN等弥散强化粒子，增加材料强度。本发明中，Nb含量为< O. 06%。Al :是脱氧元素，同时能形成AlN质点细化晶粒。Al小于O. 005%时作用不明显， 超过O. %时会增加夹杂物量，影响塑性，本发明中Al含量为O. 02 O. 07%。生产工艺技术参数的设计思路热轧卷取温度过高则氧化铁皮会增厚，后续酸洗困难，卷取温度过低时热轧基板组织将细化，使热轧基板强度大幅度提高，影响后续冷连轧变形，本发明卷取温度定为 560 660。。。酸洗冷轧的主要目的是提高材料的表面质量和厚度精度，冷轧变形量太小时难以达到上述目的，但冷轧变形量过大时，冷轧工序能耗明显增加，板形也恶化。本发明中冷轧变形量定为40 62%。连续退火的工艺参数决定着材料的内部组织结构和力学性能。本发明通过化学成分及生产工艺特别是连续退火工艺技术参数的合理设计能够获得本发明具有高强度和高塑性的双相钢的组织结构和力学性能。下面简要说明如下均热均热温度的高低决定了材料在高温下是处于奥氏体单相区还是处于奥氏体与铁素体两相区以及这两个相的比例。本发明中，两相区均热温度为750 820°C，以得到奥氏体加部分铁素体组织。
缓冷影响到高强钢的板形，更重要的是，缓冷是组织控制的关键环节。本发明通过控制缓冷温度来控制奥氏体-铁素体相变，得到奥氏体、取向附生铁素体和残留铁素体组织。本发明中，缓冷速度为3 30°C /s，缓冷温度为580 750°C。快冷采用高氢高速气体喷射冷却(H2浓度为20 70% )方法，实现钢板的快速冷却，完成奥氏体-马氏体相变。本发明中，快冷温度为270 380°C。时效时效温度的高低将影响马氏体的分解和第二相的析出，一般而言时效温度提高会使材料强度和硬度下降而塑性提高，反之亦然。本发明中，时效温度< 380°C。平整平整延伸率的大小主要影响材料的屈服强度和塑性，也会影响材料板形。一般而言，提高平整延伸率将使材料屈服强度提高，塑性下降，板形将有所改善，但是平整延伸率太大时不利于材料的成形性能。本发明中，平整延伸率为O. I O. 6%。下面根据发明具有高强度和高塑性的双相钢的化学成分、热轧、冷轧、连续退火及平整工艺参数的不同，通过实施例I 8来对本发明做进一步说明。钢水的化学成份见表1，余量为Fe和不可避免的杂质元素。表I实施例与对比专利的化学成分(％ )
权利要求
1.一种具有高强度和高塑性的双相钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为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%，其余为 Fe 和不可避免杂质。
2.一种具有高强度和高塑性的双相钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤步骤a :按权利要求I所述的具有高强度和高塑性的双相钢的成分进行冶炼，铸成坯料；步骤b :将铸成的坯料热装入炉，热装温度500 800°C，并依次进行热轧、卷曲、酸洗和冷轧；步骤c :将轧制后的钢板采用均热、缓冷和快速冷却相结合的方法进行连续退火，所述快速冷却采用高氢高速气体喷射的冷却方法；步骤d :将退火后的钢板依次进行平整和精整。
3.根据权利要求2所述的具有高强度和高塑性的双相钢的生产方法，其特征在于，所述步骤b中卷曲温度为560 660°C，冷轧变形量为40% 62%。
4.根据权利要求2所述的具有高强度和高塑性的双相钢的生产方法，其特征在于，所述步骤c中高氢高速气体中H2浓度为20 70%，其余为N2。
5.根据权利要求2所述的具有高强度和高塑性的双相钢的生产方法，其特征在于，所述步骤c中连续退火中均热温度750 820°C，缓冷速度3 30°C /s，缓冷温度580 7500C，带钢在快速冷却段的平均冷却速度40 150°C /s,快冷温度270 380°C，时效温度彡380 °C ο
6.根据权利要求2所述的具有高强度和高塑性的双相钢的生产方法，其特征在于，所述步骤d中平整延伸率为O. I O. 6%。
全文摘要
本发明涉及一种具有高强度和高塑性的双相钢及其生产方法。所述双相钢的化学成分重量百分比为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%，其余为Fe和不可避免杂质。本发明通过控制连续退火工艺的均热温度、缓冷速度、缓冷温度和快冷温度等，可生产具有马氏体、取向附生铁素体和残留铁素体组织的高强度高塑性双相钢；采用具有高速高氢喷气冷却装置的连续退火线生产，可降低钢中合金元素含量，保证钢板的成形和焊接性能。
文档编号C22C38/06GK102605240SQ20111040971
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者朱立新, 梁轩, 王全礼, 王勇围, 赵运堂, 阳代军, 黄学启 申请人:首钢总公司