一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法
【专利摘要】一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式：（[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]）≥0.005。本发明抗拉强度780MPa级高扩孔钢板扩孔率λ≥50%，满足我国汽车工业底盘高强轻量化生产需求。
【专利说明】一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高扩孔钢板，特别涉及一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002]热轧及热轧酸洗板广泛应用于汽车底盘、车轮及车身结构零件，它们占汽车用钢的28%左右。通过汽车零件翻边和局部扩孔形状设计可提高零件的强度和刚性，达到汽车钢板减薄和轻量化的目的。钢板的扩孔性能与钢板的成分、强度和组织均匀性有关，传统780MPa钢板(80公斤级别)采用低合金析出强化，钢板的扩孔率在30~40%之间。随着汽车轻量化发展，越来越多的车型采用780MPa级别的热轧酸洗板生产汽车底盘件，如控制臂，通过提高强度，达到轻量化的目的。钢板的扩孔率随着钢板强度提高而降低，传统的低合金析出强化钢由于扩孔率低，不能满足汽车底盘、悬臂零件成形要求，高级别的高扩孔钢已成为汽车钢板的一个重要品种之一。
[0003]中国专利W02004092681 (CN1756653)采用 C:0.04 ~0.15%、S1: 1.5% 以下、Mn:0.5 ~1.6%、P:0.04% 以下、S:0.005% 以下、Al:0.04% 以下、Ti:0.03 ~0.15%、Mo:0.03~0.5%成分，生产抗拉强度780MPa的扩孔钢，精轧后采用两段式冷却方式，即热轧后的钢板以20°C /s以上的平均冷却速度一次冷却至700~850°C的温度区域；对所述冷却后的钢板在680°C以上的温度区域空冷超过Is时间；将所述保持后的钢板以30°C /s以上的平均冷却速度二次冷却至550°C以下的温度区域并进行卷取。但在热轧生产中，热轧轧制中带钢速度变化大，采用两段式冷却模型控制层流冷却，钢板实际温度波动大，易导致钢卷头中尾性能波动很大。同时采用添加贵金属Mo元素，产生成本高，采用较高含量钛合金元素进行强化，又不对N含量进行控制，势必导致力学性能波动较大。其金相组织为铁素体贝氏体双相组织。
[0004]专利W0200246486(CN1479797)采用 C:0.01 ~0.15%、Si:0.3 ~2%、Mn:0.5 ~3%、P:≤ 0.03%、S ≤ 0.005%、Nb:0.01 ~0.05%, Ti:0.01 ~0.5%、，其中对上述组成的钢
使轧制结束温度为Ar3变态点~950°C进行热轧，然后以20°C /秒以上的冷却速度冷却到650~800°C，另外空冷2~15秒，再以20°C /秒以上的冷却速度冷却到350~600°C，然后卷取。该工艺采用两段冷轧方式生产铁素体和贝氏体双相组织，抗拉强度大于690MPa的热轧钢板，其成分设计思路与本发明相类似，但其成分范围太大，不对N含量进行管理，会导致力钢板产品学性能波动和可制造性差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种抗拉强度为780MPa级高扩孔钢板及其制造法，钢板扩孔率λ >50%，满足我国汽车工业底盘高强轻量化生产需求。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0007]一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其化学成分重量百分比为:C:0.02~0.1%、Si0.5 ~1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、Al0.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%,Nb0.02 ~0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%,其余为 Fe 和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式:([C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N] )-12/93 X [Nb])≤ 0.005。
[0008]进一步,钢板厚度为2.0~5.0_。
[0009]在本发明钢的成分设计中:
[0010]C:用于形成足够碳化物强化相，以保证钢的强度，C太低强度达不到要求，同时由于钛、铌与碳形成碳化物析出，钢中碳的固溶碳含量过低或固溶碳含量为零，造成板坯热塑性劣化，可能导致板坯断坯现象，对产品生产稳定性和可制造有影响。本发明要求钢板固溶碳含量大于50ppm，固溶碳的计算公式按(I)式。C含量过高钢板强度偏高，高碳含量使析出碳化物颗粒粗大也不利于钢板扩孔性能。合理的C含量范围为0.02~0.10%，优选的碳含量在0.04~0.07%之间。
[0011]S1:钢中硅起固溶强化作用，同时添加硅有助于改善钢板的延伸率。钢中含硅容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷，使酸洗板表面粗糙度不均匀，对表观质量有不良影响。另外，硅含量过高导致钢板表面硅富集，对钢板的磷化涂装性能不利。本发明优选的Si含量范围是0.5~1.0%。
[0012]Mn:锰是固溶强化元素，锰含量提高使钢的塑性下降，更容易造成连铸板坯成分偏析，影响热轧板的组织均匀性，对钢板的扩孔率不利。本发明的强度主要通过钛、铌合金元素进行强化，锰含量可适当降低，并通过控制Mn/Si的适当比例，可获得钢板强度-塑性_扩孔率二者平衡性能。
[0013]P:磷是钢中的杂质元素,含量应越低越好,但追求过低的磷含量会增加冶炼成本。但过高磷含量将影响钢板焊接性，磷含量控制在0.02%以下，可满足钢板生产成本控制和用户使用的要求。
[0014]S:是钢中的杂质元素,含量应越低越好，S在钢中易形成MnS,钢中硫化物数量和形态直接影响钢板的扩孔率，S必须低于0.003%，最好低于0.002%。
[0015]Al:是钢中的脱氧元素。减少钢中的氧化物夹杂、纯净钢质，有利于提高钢板的成形性能。T.Al:0.02~0.06%，不宜过低，但过高时影响连铸生产。
[0016]Nb:是重要的强化元素之一。Nb在轧制结束后的冷却中或卷取后以碳化物的形式微细析出，利用析出强化来提高强度。当铌含量较高时，铌的强化效果减弱，考虑到铌合金的高价格，铌含量控制在0.05%以下比较合适。
[0017]T1:钛合金是本发明的主要强化合金元素，其合金价格比铌合金低，通过添加较高含量的钛合金获得高强度。Ti的范围为0.05~0.15%，Ti/C重量比应在2~5之间比较合适。
[0018]N:是夹杂元素，氮在高温条件下就与钛反应形成TiN颗粒析出，过大氮化钛颗粒会成为钢板局部变形微裂纹的诱发点，影响扩孔率，必须对钢水的氮含量进行控制，氮含量小于 0.005%。
[0019]Ca:加钙可改变钢中硫化物的形态，使长条MnS夹杂转化球状CaS夹杂，对提高钢板的韧性和扩孔率有利，考虑到已对钢中硫含量进行严格控制，钙含量Ca < 0.0050%。
[0020]Mg:添加微量的Mg后，钢中细小MgO、MgS析出物成为TiN、TiC析出物的形核点，起到分散和细化TiN、TiC析出物，可改善钢板扩孔率。
[0021]本发明的抗拉强度780MPa级高扩孔钢板的制造方法，其包括如下步骤:
[0022]I)冶炼、铸造
[0023]按下述成分冶炼、连铸成板坯，其化学成分重量百分比为:C:0.02~0.1%、Si0.5 ~1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、A10.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%,Nb0.02 ~0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%,其余为 Fe 和不可避免的杂质;且，需同时满足下述关系式:([C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N])-12/93X [Nb])≤0.005 ;采用转炉炼钢，钢水经过RH真空脱气处理、LF炉脱硫处理，钢水硫含量小于
0.003% ；
[0024]2)热轧
[0025]连铸坯热送到热轧加热炉，连铸板坯再加热温度1200~1260°C，终轧温度为860 ~930。。；
[0026]3)冷却
[0027]带钢板完成终轧后，带钢进入层冷段，采用常规冷却至带钢温度450~550°C时进行卷取；
[0028]4)酸洗
[0029]自然冷却到50°C以下的热轧钢卷通过酸洗机组在热盐酸溶液去除钢板的氧化铁皮，酸洗钢板经过漂洗、挤干、烘干后涂油处理。
[0030]在本发明制造方法中，钢水通过转炉冶炼，RH+LF炉双重炉外精炼处理，确保S含量低于0.002%,并进行Ca处理改善硫化物形态。热态板坯直接热送到热轧加热炉或在保温坑存放，防止板坯快冷产生断坯现象。在热轧工艺中，加热温度为1220~1260°C，终轧温度为870~930°C,米用常规一段式冷却方式，以大于20°C /s的冷却速度冷却，钢板在450~550°C温度下卷取，钢卷卷取后空冷至室温。钢板卷取温度过高，导致带状组织出现，使钢板扩孔率降低。卷取温度过低，造成钢板强度升高，延伸率下降。优选的卷取温度范围在 480 ~540°C。
[0031]酸洗前的钢卷温度小于60°C，最好低于50°C，钢板开卷后通过加热盐酸溶液(酸洗溶液温度70~85°C)去除钢板表面的氧化铁皮，酸洗后钢板经水漂洗、烘干，涂防锈油后卷取。
[0032]本发明提供的这种热轧高强度高扩孔钢板，抗拉强度达到780MPa，扩孔率大于50%。采用低碳含S1、Mn、Nb、Ti成分，不含Mo、Cr等元素，热轧精轧后无需复杂两段控制冷却技术，采用常规一般层流冷却工艺就可实现，热轧钢板无需热处理，本发明工艺生产易于控制，生产成本较低，具有一定的先进性。该钢板具有良好的扩孔性能、成形性能、冷加工性能，主要用于汽车底盘、控制臂等复杂形状零部件成形加工。
[0033]扩孔率评价方法，按下述步骤计算扩孔率(λ:单位为％)。取150 X 150mm的热轧或酸洗钢板上，作为初期孔径(d[l])，开直径IOmm的冲孔，使用顶角60°的圆锥冲头扩张该冲孔。测定冲孔部分产生的裂纹贯通板厚时的孔径(d[2])，由下式计算出扩孔率。在本发明中，λ为50%以上为合格。
[0034]扩孔率(入)=[(d[2]-d[l])/d[l]]X100
[0035]本发明抗拉强度780MPa级高扩孔钢的金相组织为单相铁素体。实现高扩孔性的主要是依靠以下几方面:
[0036]1、钢质纯洁度，通过RH+LF精炼处理，降低钢水杂质元素含量，特别是S含量，进而降低钢板的夹杂数量，并通过Ca处理，使长条的MnS夹杂转化为球状的CaS夹杂，减少钢板在翻边过程中非金属夹杂对基体连续性的破坏。
[0037]2、组织均匀性，采用合理成分设计和热轧工艺控制，可以使材料的晶粒细小，组织均匀，防止组织偏析和带状组织发生，减缓钢板在局部变形过程中开裂的敏感性。
[0038]3、均匀的铁素体单相组织，减少钢板在局部变形过程中不同相之间硬度差易导致开裂的敏感点。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明实施例4钢板的金相组织。铁素体单相组织，组织均匀，无中心偏析及带状组织。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
[0041]表1为本发明实施例钢的成分，表2为本发明实施例钢的热轧工艺。表3为本发明实施例钢额力学性能。
[0042]本发明实施例试样通过转炉冶炼、RH+LF双重精炼处理，连铸、板坯加热温度加1200~1260°C，终轧温度为860~930°C，以大于30°C /s的冷却速度冷却，钢板在480~580°C温度下卷取，钢卷卷取后空冷至室温。
[0043]对比例1、对比例2为一般同级别的商用材。本发明抗拉强度780MPa的高扩孔钢，钢板强度、延伸率、扩孔率达到较好的平衡，可满足汽车底盘高强轻量化的生产需求。图1是产品钢板的金相组织，无带状组织，均匀的铁素体组织。
[0044]综上所述，本发明钢各元素 范围较窄，可控性强，采用钙处理，对氮元素进行管理，有效控制硫化物夹杂形态以及TiN析出物尺寸和数量，其钢板产品可得到稳定的力学性能和翻边扩孔性能。
[0045]
【权利要求】
1.一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其化学成分重量百分比为:C:0.02~0.1%、Si0.5 ~1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、A10.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%,Nb0.02 ~0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%,其余为 Fe 和不可避免的杂质;而且，需同时满足下述关系式:([C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N])-12/93X [Nb])≥0.005 ;钢板扩孔率λ≥50%ο
2.如权利要求1所述的抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其特征是，所述碳含量在.0.04~0.07%,以重量百分比计。
3.如权利要求1或2所述的抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其特征是，所述高扩孔钢板厚度为2.0~5.0mm。
4.一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板的制造方法，其包括如下步骤: 1)冶炼、铸造 按下述成分冶炼、连铸成板坯，其化学成分重量百分比为:C0.02~0.1%、Si0.5~.1.5%、Mnl.5 ~2.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.003%、A10.020 ~0.060%, N ≤ 0.005%, Nb0.02 ~.0.06%, Ti0.05 ~0.15%、Ca < 0.0050%, MgO ~0.005%，其余为 Fe 和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式:[C]-12/48X ([Ti]-48/14X [N])-12/93X [Nb]≥0.005 ;采用转炉炼钢，钢水经过RH真空脱气处理、LF炉脱硫处理，钢水硫含量小于0.003% ； 2)热轧 连铸坯热送到热轧加热炉，连铸板坯再加热温度1200~1260°C，终轧温度为860~.930 0C ； 3)冷却 带钢板完成终轧后，带钢进入层冷段，采用常规冷却至带钢温度450~550°C时进行卷取； 4)酸洗 自然冷却到50°C以下的热轧钢卷通过酸洗机组在热盐酸溶液去除钢板的氧化铁皮，酸洗钢板经过漂洗、挤干、烘干后涂油处理。
【文档编号】C21D8/02GK103602895SQ201310628170
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】郑建平, 庞厚君 申请人:宝山钢铁股份有限公司