一种屈服强度550MPa级高扩孔热轧酸洗钢板的制作方法

本发明涉及一种热轧酸洗钢板，特别涉及一种屈服强度550mpa级高扩孔热轧酸洗钢板及其制造方法，属于铁基合金
技术领域：
。
背景技术：
：酸洗汽车结构钢是热轧钢板的一种，经过酸洗处理后表面质量有了很大提升，使得钢板兼具热板的低成本和较好的尺寸、板形精度，大量应用于汽车底盘、车轮等结构件。随着汽车轻量化的发展，乘用车领域的高强减薄是当前研究和工程应用的热点，然而由于材料减薄后带来结构刚度的下降，导致零部件对于材料的需求也越来越综合。此外，高强度级别的结构钢容易出现各向异性，尤其对零件加工影响较大的是横纵向的强度偏差，塑性较差的钢板方向容易造成加工过程的缩颈和开裂问题。因此，对于承载功能较强的零件，不仅仅要考虑零件复杂形状的可加工性，还要兼顾零件总成的服役性能需求，希望材料具备良好的复合成形性能和高屈服强度及韧性。现有抗拉强度大于600mpa级的热轧钢板主要有两类生产技术，一种是低合金高强钢(hsla)，主要通过mn和添加mo、cr、nb、v、ti元素进行强化，其优点是，制造工艺相对容易实现，不足之处在于：合金成本高，高屈强比≥0.85，横纵向性能偏差大，低伸长率≤20％，冲压性能较差，对于冲压幅度较大的零件难以满足，以及低扩孔率≤50％。另一种是双相钢(dp)，主要f+m组织，其优点是，屈强比低，屈强比≤0.6，延伸率高，延伸率≥25％，冲压性能优越，缺点是扩孔性能不高，一般低于40％，以及屈强比低对有承载要求的零件不能满足其刚度需求。申请公布号cn101928881a的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度590mpa级热轧高扩孔钢板，其化学成分按质量百分数为，c：0.02～0.10％，si：0～1.6％，mn：0.8～2.0％，p≤0.035％，s≤0.010％，al：0.025～0.060％，n≤0.0060％，nb：0～0.01％，ti：0～0.04％，ca：0～0.0050％，余量为fe。该方案采用快冷+空冷+强冷的三段式冷却工艺，实现扩孔率大于85％的低屈强比材料。根据其实施例，该方案采用si＞0.8％的高si成分设计，对表面质量不利，且屈强比较低0.6～0.7。申请公布号cn106086627a的中国专利申请文件公开了一种600mpa级热轧双相钢，所述双相钢的化学成分按质量百分数为，c：0.05～0.07％，si：0.1～0.3％，mn：1.10～1.50％，cr：0.5～0.8％，余量为fe。该发明的双相钢为铁素体和马氏体组织，屈服强度为300～375mpa，抗拉强度为590～650mpa，屈强比为0.56～0.60，断后总伸长率为24～30％。该方案合金成本较高，屈强比较低，对于有高屈服承载性要求的零件不合适。且该方案未给出扩孔率的指标，从组织来看该方案产品的扩孔率较低，不适用于具有翻边特性的相对复杂形状零件使用。申请公布号cn107099739a的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度600mpa级低成本高扩孔钢板及其生产方法，所述高扩孔钢板化学成分组成及质量百分含量为：c：0.15～0.20％，si≤0.30％，mn：0.80～1.00％，p≤0.020％，s≤0.010％，al：0.020～0.050％，ti：0.010～0.030％，n≤0.0060％，余量为fe和不可避免的杂质；其生产方法包括炼钢、加热、轧制和冷却工序。该发明通过对冷却路径控制，获得铁素体和贝氏体的双相组织，并通过增加c来提高强度，获得了抗拉强度600-650mpa，下屈服强度500-550mpa，延伸率a50≥25％，扩孔率≥95％的热轧钢带。该方案通过增加c含量来低成本的提高强度，但高c对塑性不利，且容易出现偏析和带状组织，对后续服役性能存在较大风险。此外，该方案采用强冷+空冷+快冷的三段式冷却路径，工艺控制难度大，稳定性难以控制。申请公布号为cn109706401a的中国专利申请文件公开了一种抗拉强度690mpa级高扩孔钢带的生产工艺，该方案精轧入口温度1040～1090℃，终轧温度830～880℃；所述冷却工序，钢带经层流冷却前部粗调段以35～50℃/s冷速快冷到680～720℃，中间空冷4～8s，再经层流冷却后部精调段以20～30℃/s冷速快冷到450～500℃。采用细晶强化和析出强化等手段，获得钢带抗拉强度rm≥690mpa，屈服强度rp0.2：550～720mpa，断后延伸率a80≥12％，扩孔率≥55％。化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.04～0.08％，mn：1.00～1.35％，cr：0.30～0.45％，mn+cr：1.30～1.80％，s≤0.010％，p≤0.020％，si≤0.25％，ti：0.07～0.12％，nb：0.020～0.060％，als：0.020～0.060％，其余为铁和不可避免的杂质。该方案的合金成本较高，添加了较多的cr、nb、ti，对s未进行收严控制，其次该方案采取了三段式冷却工艺，其中第三段冷却速度不够快容易导致珠光体形成，以及卷取温度450-500℃没有充分发挥ti的析出强化效果。三段式冷却工艺，其工艺稳定性非常难，导致材料组织和性能的稳定性和均匀性也难以保障。另根据该方案的实施例，在众多合金的添加下，带钢抗拉强度可以做到710-780mpa，扩孔率在50-70％，延伸率13-16％。随着汽车行业加工效率提高，零件集成、工序缩短的需求日益增加，高强、形状复杂的零件加工将越来越多，因此，兼具高强度、良好冲压性能和扩孔性能的热轧酸洗钢板将具有更大的市场需求。技术实现要素：本发明的目的是提供一种屈服强度550mpa级高扩孔热轧酸洗钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度550mpa级热轧酸洗钢板的冲压性能和扩孔性能不匹配、不能满足兼顾承载性及成形性的复杂形状汽车零部件制造需求的技术问题。本发明热轧酸洗钢板平衡了冲压对低屈强比的需求、翻边扩孔对高扩孔率的需求以及承载对高屈服强度的需求，具有表面质量良好、优良的综合性能，特别适用于较复杂形状、有扩孔需求和承载工况的汽车零部件的材料需求。本发明的设计思路为，采用多边形铁素体+微量贝氏体+弥散碳化物组织设计，以铁素体和弥散碳化物的基体组织获得一定屈强比和高加工硬化性能，以弥散碳化物和微量贝氏体控制碳的分布形态，弱化脆性珠光体的形成，以近似单相组织提高抵抗裂纹扩展的能力，获得较好的扩孔率，同时对钢质和p、s等非金属元素加以控制，减少夹杂物和偏析等对扩孔性能和承载韧性的影响，此外通过对冷却工艺和酸洗拉矫工艺的特别控制来改善晶粒形态，减少晶粒组织的非均匀性，改善扩孔率和各向异性。本发明采用的技术方案是，一种屈服强度550mpa级高扩孔热轧酸洗钢板，其化学成分重量百分比为：c：0.05～0.08％，mn：1.0～1.2％，si：0～0.10％，p：0～0.020％，s：0～0.003％，alt：0.02～0.05％，n：0～0.005％，nb：0.01～0.02％，ti：0.04～0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。本发明热轧酸洗钢板的金相组织为多边形铁素体+微量贝氏体+弥散碳化物颗粒，所述金相组织中贝氏体的体积含量为2～5％，铁素体的晶粒度为10.0～11.0级，夹杂物评级为d1.0以下；2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度rp0.2为550～620mpa，抗拉强度rm为650～710mpa，屈强比为0.8～0.9，断后伸长率a80mm≥20％，扩孔性能λ≥70％，横纵向屈服强度偏差≤30mpa，热轧酸洗钢板的n值≥0.10，r值≥0.70。本发明所述的屈服强度550mpa级高扩孔热轧酸洗钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：碳：碳是提高钢的强度的最有效元素，也是本发明的重要元素。本发明采用低碳设计路线，当c含量高于0.085％时，炼钢进入包晶区，板坯质量难以控制易出现卷渣等缺陷，同时钢中珠光体含量增多，钢的塑韧性和焊接性能变差；当c量低于0.05％时，钢的强度难以保证。为保证该钢的强韧性以及焊接性能，本发明设定的c含量为0.05～0.08％。硅：硅可以促进先共析铁素体的生成，扩大铁素体形成窗口，但硅含量高损害塑性，且硅含量高容易产生表面红铁皮，影响表面质量，本发明设定的si≤0.10％。锰：锰是脱氧元素，去除钢中大尺寸的夹杂物以保证钢中纯净度，同时锰与硫形成硫化锰，可避免fes对塑性的不利影响。作为有效的固溶强化元素，锰能够促进贝氏体生成并细化铁素体晶粒，在保持数倍于硫的含量基础上尽量降低锰含量，有利于降低合金成本，并降低材料强度提高成形性。相较于细晶强化方式和析出强化方式，固溶强化方式提高屈强比的速率最低，因此用固溶强化来保证强度对获得较低屈强比最有利，但mn含量过高时将增加钢中的组织偏析，影响钢的组织均匀性和冲击性能，还会影响焊接性能。因此，本发明中mn含量控制在1.0～1.2％。磷：p是钢中的有害元素，容易在晶界上偏聚引起偏析，降低钢板的韧性和塑性。此外，过高的p含量将显著降低钢的焊接性能，一般应予以去除。因此，在本发明中，控制p≤0.020％。硫：s是钢中的有害元素，易与钢中mn等元素形成硫化物夹杂以及组织偏析，降低钢的强度和韧性，尤其易形成微裂纹，对扩孔性能和疲劳及焊接性能影响显著，应尽量降低其含量。因此，本发明中s含量控制在0.003％以下。铌：nb可以稳定奥氏体晶粒，提高奥氏体再结晶温度，同时可以形成nbc的析出相，同时细化晶粒，有效提高钢的强韧性和加工性能，促进贝氏体的形成。但由于nb元素比较昂贵，本发明中nb含量控制在0.01～0.02％。钛：ti是一种强碳氮化物形成元素，碳、氮化物颗粒在铁素体中沉淀析出，能有效提高铁素体基体的强度，同时一定量ti的添加对固定c有好处，可改善渗碳体的偏析。ti合金含量的设定要考虑成本和所需要的强度，当ti低于0.04％时，析出强化效果不够，超过0.08％时，成本增加且过剩的ti也会恶化钢的韧性。因此，本发明中ti含量控制在0.04～0.08％。氮：n与ti在高温时即可凝固，在连铸时容易形成棱形大颗粒的tin，不仅容易形成微裂纹，还造成ti合金的浪费且影响后续ti的弥散析出强化。因此需限制氮的含量，本发明控制n≤0.005％。上述屈服强度550mpa级高扩孔热轧酸洗钢板的制造方法，该方法包括：钢水经连铸得到连铸板坯，连铸浇钢过程中，钢水过热度≤20℃，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：c：0.05～0.08％，mn：1.0～1.2％，si：0～0.10％，p：0～0.020％，s：0～0.003％，alt：0.02～0.05％，n：0～0.005％，nb：0.01～0.02％，ti：0.04～0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素；连铸板坯经加热炉加热至1230～1260℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030～1050℃；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为850～880℃，精轧压下率为85～95％，精轧后，控制钢板厚度为2.0～4.0mm，层流冷却采用两段式冷却工艺，第一段冷却，将钢板由850～880℃冷却至700～750℃，钢板冷却速度为30～40℃/s；第二段冷却，将钢板由700～750℃冷却至600～640℃，钢板冷却速度为80～100℃/s，第一段和第二段冷却均采用水冷方式；卷取温度为600～640℃时卷取得到热轧钢卷；热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0～0.30％。本发明采取的生产工艺的理由如下：1、连铸浇钢过程中钢水过热度的设定连铸浇钢过程中，钢水过热度对板坯的成分偏析影响显著，对于本发明的成分，mn、ti等合金相对较高，浇铸时由于温度场的作用c、mn、ti等合金易向板坯中心扩散形成中心偏析，该偏析容易导致材料性能不均、且对冲压和承载都存在不利。因此，本发明将浇钢过热度限制在20℃以内，以减少偏析问题对后续钢板加工使用的影响。2、连铸板坯加热温度的设定本成分设计中添加了ti期望获得弥散细小的二相粒子以发挥强化效果，而tin、ti4c2s2因熔点高在连铸过程中即产生并聚集成大尺寸颗粒，需采用较高的板坯加热温度使得大颗粒的二相粒子能够重新融入基板再弥散析出，因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1230～1260℃。3、粗轧结束温度的设定粗轧过程中，为使晶粒进行回复和再结晶，粗轧结束温度应高于该钢的奥氏体再结晶温度，该钢的奥氏体再结晶温度约为930℃，且为了后续精轧能够实现奥氏体区轧制，粗轧结束温度不能太低，但粗轧结束温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。因此，粗轧结束温度设定为1030～1050℃。4、精轧结束温度的设定为防止精轧在两相区轧制，出现混晶组织，终轧温度需高于ar3相变点，该钢的ar3相变点为840℃。本方案为获得相对较低的屈强比，铁素体晶粒尺寸设计相对大一些，终轧温度可以略高，有利于降低奥氏体中的位错密度，但温度过高使得晶粒粗大不利于冲压性能。因此，考虑到板宽边部的温降，本发明设定精轧结束温度为850～880℃。5、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定精轧后冷却的控制对获得所期望的组织至关重要。针对较低屈强比、高屈服和扩孔率的综合需求，采取稍大铁素体晶粒+微量贝氏体+弥散析出相的组合方式。具体工艺路径是采用分段冷却+中温卷取，即第一段以30～40℃/s的冷却速度冷至700～750℃，让铁素体比较充分的形核和并控制其尺寸，同时促进tic的充分弥散析出；第二段以80～100℃/s的冷却速度冷至600～640℃，强冷可以避免珠光体的聚集形成，促进微量贝氏体的形成，卷取温度设定在这个区间是为了让铁素体内部的位错可以比较充分的消除、获得较好的塑性，同时在这个温度区间卷取也可以进一步促进tic颗粒的弥散析出，强化铁素体晶粒的强度；第一段和第二段冷却均采用水冷方式。此外，通过冷却速度的控制，使得回复生长的晶粒形态趋于等轴，改善精轧后纤维状晶粒的横纵向性能差异。卷取温度过高，晶粒长大很快，强度下降过多；卷取温度过低，析出强化效果未能体现。因此，层流冷却和卷取温度的设定要综合考虑晶粒尺寸和析出强化的效果，故本发明采取分段冷却方式，并设定热轧卷取温度为600～640℃。6、拉矫延伸率的设定拉矫通过机械外力下对钢板进行反复弯曲和矫直，破坏热板表面氧化铁皮与基体之间的结合，提高后续酸液去除氧化铁皮的效率，同时减小残余应力分布不均，改善热板板形。但是拉矫本身也是一个小变形的塑性加工过程，对钢板的塑性和强度都存在很大影响。根据本申请人的大量工作，发现本发明的成分体系下，拉矫使得钢板沿着纵向发生微变形，使得钢板面内的屈服强度都发生变化，且纵向屈服强度下降幅度比横向更大，造成了钢板横纵向性能的差异加大。拉矫延伸率为0.40％左右时，材料屈服点最低，横纵向屈服强度的差异也最大。同时，由于材料变形极限的能力是一定的，拉矫后钢板的成形能力也受到损失，随着拉矫率的增加材料成形性能下降。其原理主要是经过一定的小变形，原本被钉扎的位错脱钉变成可动位错、促进了位错滑移，当塑性变形增大后位错快速增殖缠结则会导致滑移困难、屈服强度增加，由于低碳微合金钢材料的变形主要是通过位错滑移实现的，当位错快速增殖尤其是本发明的析出强化方式下，第二相粒子对位错的钉扎作用将更加显著，会显著降低其成形能力。因此，本发明中对拉矫率的设定0～0.3％。本发明方法生产的热轧酸洗钢板的金相组织为多边形铁素体+微量贝氏体+弥散碳化物颗粒，所述金相组织中贝氏体的体积含量为2～5％，铁素体的晶粒度为10.0～11.0级，夹杂物评级为d1.0以下；2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度rp0.2为550～620mpa，抗拉强度rm为650～710mpa，屈强比为0.8～0.9，断后伸长率a80mm≥20％，扩孔性能λ≥70％，横纵向屈服强度偏差≤30mpa，热轧酸洗钢板的n值≥0.10，r值≥0.70。本发明通过采用合适的成分设计、热轧工艺以及酸洗工艺设计，以较低的合金成本、较宽的制造工艺窗口，获得理想的金相组织，钢板在满足产品强度的同时具有优良的良好冲压性能和扩孔性能，保证汽车用户对复杂零部件成形和承载的要求。本发明热轧酸洗钢板具有良好冲压性能和扩孔性能，并以较高的屈服强度兼顾承载性能，满足汽车零部件的制造和服役需求，特别适用于复杂成形的汽车结构零部件制作。本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明采用的是多边形铁素体和微量贝氏体及弥散碳化物的基体，通过轧制和冷却工艺控制，实现细晶强化、固溶强化和析出强化的有效配合，再结合特定拉矫工艺，在抗拉650mpa级热轧酸洗钢种上获得0.8～0.9的屈强比，扩孔率70％以上，兼具良好的冲压性能、扩孔性能和承载能力。2、本发明的经济型屈服强度550mpa级承载用酸洗高扩孔钢板，充分发挥组织性能，与现有相当等级的扩孔钢相比，未添加昂贵的合金mo，nb的添加也仅微量，合金成本低廉，同比合金成本低40-100元/吨。3、本发明的热轧酸洗钢板，相比常规同等级强度的铁素体珠光体组织，屈强比高、承载性好；相比同等级强度的双相(f+m)组织，扩孔率高；相比同等级强度的三相(f+b+m)组织，表面质量好、且性能稳定。4、本发明的热轧酸洗钢板，较高加热温度、终轧温度和卷取温度的设计也充分发挥了ti析出强化的特点，降低了ti的强化性能不稳定的劣势，改善了渗碳体偏析，冲压和扩孔性能较好、表面质量良好、制造工艺易实现、横纵向性能偏差小，适用于加工有承载要求的复杂形状的热轧酸洗汽车结构件。附图说明附图1为本发明实施例2热轧酸洗钢板的金相组织照片。附图2为本发明实施例2热轧酸洗钢板的夹杂物照片。附图3为本发明实施例2热轧酸洗钢板的拉伸样断口sem照片。具体实施方式下面结合实施例1～5对本发明做进一步说明，如表1～表5所示，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为fe及不可避免杂质。表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经lf钢包精炼炉精炼工序吹ar处理，钢水经全程吹ar保护连续浇铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制。通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采用分段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为2.0～4.0mm。热轧工艺控制参数见表2。表2本发明实施例热轧工艺控制参数将本发明得到的热轧钢板按照《gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。表3本发明实施例热轧钢板的力学性能将上述热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经拉矫、酸洗，卷取得到成品热轧酸洗钢板，所述拉矫延伸率为0-0.30％。本发明实施例采用的拉矫延伸率见表4。表4本发明实施例拉矫延伸率热轧参数热轧酸洗钢板厚度/mm拉矫延伸率/％本发明2.0-4.00-0.3实施例12.00.25实施例22.50.20实施例33.00.15实施例43.50.10实施例54.00.10利用上述方法得到的热轧酸洗钢板，参见图1、图2，热轧酸洗钢板的金相组织为多边形铁素体+微量贝氏体+弥散碳化物颗粒，所述金相组织中贝氏体的体积含量为2～5％，铁素体的晶粒度为10.0～11.0级；2.0～4.0mm厚热轧酸洗钢板的屈服强度rp0.2为550～620mpa，抗拉强度rm为650～710mpa，屈强比0.8～0.9，断后伸长率a80mm为≧20％，扩孔性能λ≥70％，夹杂物评级为d0.5。将本发明得到的热轧酸洗钢板按照《gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照《gb/t24524-2009金属材料薄板和薄带扩孔试验方法》进行扩孔试验，参见图3，从热轧酸洗钢板的拉伸断口可看出，材料的断口为韧性，且韧窝内夹杂物颗粒尺寸较小，其力学性能见表5。表5本发明实施例热轧酸洗钢板的力学性能从表3和表5可见，经过拉矫处理之后，热轧钢板的屈服强度下降10-20mpa，伸长率略有降低，而抗拉强度则变化不大，屈强比稳定在0.8-0.9区间。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。当前第1页12