专利名称：：700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板及其制造方法
技术领域：
：本发明属于高强钢生产
技术领域：
，具体涉及一种700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板及其制造方法。
背景技术：
：700MPa级高强钢是指抗拉强度大于700MPa的钢，它可用于冲压制造汽车前后保险杠、车体防撞立柱、车架构件及加强件等重要安全部件，提高汽车安全性。同时，采用高强板制造汽车结构件，可减少钢板厚度20%以上，降低汽车总成重量，既减少材料消耗，又降低燃料消耗及废气排放，大力发展高强钢是减少汽车制造成本、使用成本及节能减排的重要方法。传统高强钢设计中，大都添加微合金化元素V、Ti、Nb，这些元素在钢板加热高温下固溶在钢基中，在随后的热轧及冷轧退火中以VCN、TiCN、NbCN等第二相颗粒形式析出，这些纳米级的细小颗粒子可以有效阻止晶粒长大或粗化，从而获得晶粒尺寸细小的组织结构，达到提高强度、保持良好延伸率的细晶强化效果。另外，通过添加韧性化元素如Cr、Mo来改善材料的强度和塑性。但是，V、Ti、Nb的添加，一方面增加了材料成本；Cr、Mo元素的成本高，尤其是Mo的成本更高。又由于700MPa级的高强钢在冷轧生产时需要高强度的轧辊、高的轧机负荷能力、连续生产所需的钢带与钢带之间的焊接技术、板型控制技术及快速冷却能力等综合条件，这些设备能力和技术水平不是实验室常规的轧机和实验手段可以比拟或实现的，尤其是生产关键技术及难点控制要求水平较高。所以V、Ti、Nb的添加，也给生产工艺控制带来了很大难度，增加了工艺成本。另外，700MPa级高强钢合金元素总量偏高，在焊接时焊缝处强度容易发生明显降低，可以出现100200MPa的强度损失，相应的晶粒尺寸也表现出显著粗化，并可能伴随焊缝裂纹或开裂，严重影响材料的正常使用，失去材料的使用价值。因此，传统的700MPa级冷轧高强板存在化学成分成本偏高、制造工艺成本偏高成果产业化困难、可焊接性能差等三大瓶颈，目前国内外相关资料中也尚未见能同时解决上述三大难题的文献报道。
发明内容本发明的目的就是要提供一种700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板及其制造方法。其抗拉强度超过700MPa级，并且具有优良的焊接性能；其制造方法具有生产成本低、工业生产适应性良好的特点。为实现上述目的，本发明所设计的700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板，是以C、Al、Mn常规元素为主的合金钢，其中各组分的重量百分比为C:0.18~0.23%;Al:1.40~1.70%;Mn:1.50~1.80%;Si《0.50%;P《0.040%;S《0.015%;余量为Fe及不可避免的杂质。上述700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板的制造方法，包括以下步骤铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、板坯检査及清理、板坯加热、热轧、层流冷却、巻取、酸洗、冷轧、连续退火、平整、精整和涂油，其特征在于所述RH真空处理的时间控制在1823min;所述连铸采用200t以上大容量钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在1650~1660°C，出钢结束温度在16001615°C，连铸温度在1560~1570°C;所述板坯加热温度控制在1180~1220°C;所述热轧的粗轧温度控制在10601100°C，终轧温度控制在830~870°C;所述层流冷却速度控制在20~40°C/s，冷却时间6~12s;所述巻取温度控制在580~620°C;所述冷轧压下率控制在60~80%;所述连续退火的工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却，其中快速加热速度控制在5~10°C/s，加热时间75~160s;短暂高温保温的温度控制在750~800°C，保温时间180240s;高温段快速冷却速度控制在20~40°C/s，冷却时间820s;短暂低温保温的温度控制在390410°C，保温时间120180s;低温段中速冷却速度控制在20~30°C/s，冷却时间1015s。本发明的化学成分作用机理、生产工艺以及有益效果如下一.本发明钢板的化学成分作用机理碳是理想的间隙强化元素，其价格低廉，强化效果十分明显，碳含量越高对强化效果越好。但碳含量过高，对焊接性能不利，因此本发明材料设计碳含量上限值为0.23%，下限值为0.18°/。。除了增加强度以外，碳在本发明中对塑性的改善也起到至关重要的作用。高温下碳可固溶在未转变的奥氏体中，提高奥氏体的稳定性，通过控制冷却，在室温下获得稳定性良好的残余奥氏体。残余奥氏体在外力作用下，吸收裂纹前端应力，减缓裂纹失稳过程，从而提高材料塑性；同时，残余奥氏体转变为马氏体，可以提高材料强度。所以，以碳元素为主要稳定元素之一的残余奥氏体，可以同时提高材料的强度和塑性。铝也是价格低廉的强韧化元素，具有强烈的细化晶粒作用和稳定残余奥氏体，铝在钢中与氮形成细小均匀的A1N，在热轧和冷轧连续退火过程中，阻止晶粒长大，以获得铁素体晶粒尺寸在3pm以下的金相组织。同时，铝属于非碳化物形成元素，有促于将碳原子从铁素体中扩散到奥氏体中，从而增加残余奥氏体的数量和稳定性。另外，常规高强钢大都通过添加硅元素来辅助提高残余奥氏体的数量与稳定性，但硅元素容易在钢板表面形成致密的Si02而影响材料的表面质量，所以本发明采用铝元素代替硅元素。但是，铝元素增加钢水粘度，在工业生产连续浇铸过程中容易堵塞水口。所以，解决高铝钢连铸水口堵塞难题，也是本发明专利产业化生产的技术关键之一。铝元素在钢中的上限含量控制在1.50%以下，下限控制在1.20%以上。锰元素是常规的强韧化元素，作为奥氏体形成元素，在扩大奥氏体区，降低终轧温度，推迟奥氏体转变，可以同时起到细化晶粒和稳定残余奥氏体的作用。但锰元素含量太高，一方面增加成本，另一方面增加钢的淬透性，使焊接组织出现硬化层导致裂纹焊缝及热影响区裂纹敏感性增高。因此，将锰含量上限定于1.80%以下，下限定于1.50%以上。Si含量在大于0.5%时，在钢板表面容易形成致密的氧化层，不利于冷轧前的表面酸洗，对随后的镀锌或涂漆附着性能不利，因此，硅含量要求控制在0.50%以下。P、S为有害杂质，其含量越低越好，P含量要求小于0.040%，S含量要求小于0.015%。二.本发明钢板的关键工艺步骤以及技术参数如下(一)铁水脱硫硫是有害元素，钢中硫元素常以硫化锰形式存在，这种硫化物夹杂对钢的低温冲击韧性十分不利，并造成材料的各向异性。因此，硫含量越低越好。另外，硫含量偏高，会消耗过多的锰元素，影响材料的强韧化效果，或增加材料的成本。为此，铁水通过脱硫处理，其硫含量控制在0.015%以下。(二)炉外精炼即RH真空处理炉外精炼可以进一步消除钢中有害元素，包括冶炼过程中产生的氧元素，减少钢中有害夹杂物，同时，炉外精炼还可以精确控制C、Al、Mn三大元素的含量，提高材料组织和性能的控制精度和稳定水平。材料的真空处理时间在1823min。(三)连铸铝含量高的钢水粘度偏高，在连续浇铸过程中容易造成水口堵塞，给生产带来困难。为了解决这一钢冶金难题，本发明采用了大容量冶炼和经过细化处理的保护渣浇铸等措施，取得了明显效果。大容量冶炼即钢包容量在每炉200t以上，以保证钢水温降缓慢；同时，铸钢时采用经过细化处理的保护渣颗粒度，使钢水液面的保护渣致密严实，不容易散热。实践证明，本发明的钢水出钢温度在1650'C以上，出钢结束温度在160(TC以上，釆用保护浇铸措施，铸钢结束温度仍然保持在158(TC以上，保证了钢水连续顺利浇铸。本发明没有采用简单的提高铸钢温度的办法，以避免生产工艺成本的增加；而是采取200t以上大容量转炉冶炼，不仅可以提高生产效率，而且可以保护钢质量的纯净和成分控制，因为钢水容量大，在外来夹杂数量一定的条件下，钢水的夹杂比例也就降低，同时，钢水量越大，钢水的成分波动越小，成分也就越均匀，这也是大容量冶炼的优点。(四)板坯加热高强钢的合金元素含量较高，通常需要采用较高的加热温度，尤其是含钒、铌、钛等微合金元素，需要板坯加热温度保持在125(TC左右，使微合金化元素充分固溶。高温加热不仅能源消耗大、加热炉损伤大，而且钢板氧化严重，给轧钢除磷带来压力和困难。本发明钢中未添加微合金化元素，板坯加热温度设计在U80122(TC，明显低于传统高强钢。(五)热轧粗轧温度控制在1060~1100°C，终轧温度设计在830870°C，即在保证钢板奥氏体单相区轧制以获得均匀的晶粒尺寸的同时，尽量控制温度在下限范围，因为终轧温度越低，钢板组织晶粒度越细小。(六)层流冷却冷却速度控制在2040°C/s，时间为612s。钢板冷却后巻取温度控制在580620°C，尽量控制在下限范围。(七)冷轧钢板冷轧原料厚度一般控制在3.0~5.0mm，成品厚度一般在0.8~2.0mm，钢板的冷轧压下率控制在6080%，较大的压下率可以在冷轧纤维组织中积累较高的储存能，以提高晶粒形核的驱动力和数量，达到晶粒细化的效果。(八)连续退火连续退火是本发明获得细残余奥氏体的组织结构的关键高温和低温两段保温、快速和素体、贝氏体或马氏体和适量，该工艺模式采用了快速加热、两段冷却，具体工艺为快速小铁工艺中速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却。快速加热是为了避免钢板在加热过程中晶粒长大粗化；采用短暂高温保温是为了避免保温时间过长造成晶粒长大，细小均匀的铁素体在该阶段形成，保证晶粒呈细小均匀分布，数量比例在40%左右；高温段快速冷却是为了避免珠光体形成，因为2(TC/s以下的冷却速度容易形成珠光体，而珠光体中的渗碳体消耗了较多的有效碳原子，影响残余奥氏体的数量和稳定性；短暂低温保温是为增强碳原子从铁素体中向奥氏体的扩散，形成颗粒状贝氏体，其数量比例在50%左右；低温段中速冷却过程中形成马氏体和残余奥氏体，两者大都以马氏体、残余奥氏体岛状结构存在，其比例在10%左右，其中，残余奥氏体比例在7%左右。本发明的钢材不添加任何微合金化元素，经过化学成分优化设计和本发明的专门的冶炼、热轧、冷轧和连续退火等系列工艺控制，获得的产品组织结构为铁素体、贝氏体和马氏体-残余奥氏体，其中，铁素体数量比例为40%左右，其晶粒尺寸在lO(am以下，贝氏体比例为50%左右，其形态为颗粒状，尺寸在2~3|am左右，而且呈均匀分布，马氏体-残余奥氏体为复合状态，在金相显微镜下难以分辨，其位置应在贝氏体与铁素体界面处，数量比例为10%左右。与传统高强钢相比，采用本发明材料的成型性、焊接性及焊缝辊压成型性具有以下优点.-(1)发明材料中含有7%左右的残余奥氏体，在弯曲成形过程中，残余奥氏体因吸收外部能量而转化为马氏体，这种弯曲变形应力的释放，也是变形后零件尺寸保持稳定的主要原因。由于弯曲成变形量有限，所以残余奥氏体未完成转变。(2)同样，发明材料含有稳定的残余奥氏体，在焊接过程中，残余奥氏体可以吸收裂纹尖端应力、缓解裂纹形成与扩展，这也是零件焊接过程中未发生裂纹及开裂的主要原因。(3)另外，由于材料中的残余奥氏体，在焊接后的辊压成型过程中，残余奥氏体吸收成型应力，减缓及阻止材料中的微裂纹8形成与扩展，而体现出良好的辊压成形性能。具体实施例方式以下结合几个具体实施例对本发明的高强冷轧碳铝锰钢板及其制造方法作详细说明。实施例1:钢板的各化学成份重量百分比为C:0.21;Al:1.51;Mn:1.64;Sh0.14;P:0.019，S:0.002;余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法为钢水经铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理处理时间控制在1819min、连铸采用250t钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在1650~1660°C，出钢结束温度在16001610°C，连铸温度在1560~1570°C、板坯经检查清理、板坯加热温度控制在1180~1200°C、热轧时粗轧温度控制在10601080°C，终轧温度控制在830~850°C、层流冷却速度控制在20~25°C/s，冷却时间68s;、巻取温度控制在600~620°C;酸洗、冷轧压下率控制在60~65%;连续退火，退火火工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却。其中的快速加热速度控制在58°C/s，加热时间75~80s;短暂高温保温的温度控制在750~770°C，保温时间180~190s;高温段快速冷却速度控制在20~25°C/s，冷却时间1820s;短暂低温保温的温度控制在400410°C，保温时间120125s;低温段中速冷却速度在2025°C/s，冷却时间在1315s;然后经平整、精整、涂油、包装及得成品。实施例2:钢板的各化学成份重量百分比为C:0.22;Al:1.46;Mn:1.65;Si:0.12;P:0.016，S:0.002;余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法为钢水经铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理处理时间控制在2223min、连铸采用250t钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在16551660°C，出钢结束温度在16101615°C，连铸温度在15601570°C、板坯经检査清理、板坯加热温度控制在11901200°C、热轧时粗轧温度控制在10801100°C，终轧温度控制在850870°C、层流冷却速度控制在3540°C/s，冷却时间1012s;巻取温度控制在580600°C;酸洗、冷轧压下率控制在75~80%;连续退火，退火工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却。其中的快速加热速度控制在810°C/s，加热时间150~160s;短暂高温保温的温度控制在790~800°C，保温时间230240s;高温段快速冷却速度控制在3540°C/s，冷却时间8~15s;短暂低温保温的温度控制在400~410°C，保温时间160180s;低温段中速冷却速度在25~30°C/s，冷却时间在10~12s;然后经平整、精整、涂油、包装及得成品。实施例3:钢板的各化学成份重量百分比为C:0.22;Ah1.19;Mn:1.62;Si:0.13;P:0.016，S:0.003;余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法为钢水经铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理处理时间控制在19~20min、连铸采用230t钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在16501660°C，出钢结束温度在16001615°C，连铸温度在1565~1570°C、板坯经检査清理、板坯加热温度控制在1200~1210°C、热轧时粗轧温度控制在1090~1100°C，终轧温度控制在840~860°C、层流冷却速度控制在20~30°C/s，冷却时间810s;巻取温度控制在590~600°C;酸洗、冷轧压下率控制在70~75%;连续退火，退火工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却。其中的快速加热速度控制在610°C/s，加热时间150160s;短暂高温保温的温度控制在760770°C，保温时间210~220s;高温段快速冷却速度控制在2030°C/s，冷却时间10~12s;短暂低温保温的温度控制在400410°C，保温时间130140s;低温段中速冷却速度在20~26°C/s，冷却时间在10~12s;然后经平整、精整、涂油、包装及得成品。实施例4:钢板的各化学成份重量百分比为C:0.22;Al:1.43;Mn:1.62;Si:0.14;P:0.013，S:0.001;余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法为钢水经铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理处理时间控制在2022min、连铸采用250t钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在16501660°C，出钢结束温度在1605~1615°C，连铸温度在15601570°C、板坯经检査清理、板坯加热温度控制在1090~1220°C、热轧时粗轧温度控制在1080~1090°C，终轧温度控制在850870°C、层流冷却速度控制在30~35°C/s，冷却时间6~8s;巻取温度控制在600620°C;酸洗、冷轧压下率控制在65~70%;连续退火，退火火工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却。其中的快速加热速度控制在7~10°C/s，加热时间75~80s;短暂高温保温的温度控制在770~790°C，保温时间220~230s;高温段快速冷却速度控制在2020°C/s，冷却时间1618s;短暂低温保温的温度控制在390~400°C，保温时间130~150s;低温段中速冷却速度在2530°C/s，冷却时间在ll13s;然后经平整、精整、涂油、包装及得成品。实施例5:钢板的各化学成份重量百分比为C:0.23;Al:1.59;Mn:1.69;Si:0.15;P:0.015，S:0.001;余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法为钢水经铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理处理时间控制在1822min、连铸采用250t钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在16551660°C，出钢结束温度在16051615°C，连铸温度在1560~1570°C、板坯经检查清理、板坯加热温度控制在1190~1200°C、热轧时粗轧温度控制在1080~1100°C，终轧温度控制在850~870°C、层流冷却速度控制在3040°C/s，冷却时间68s;巻取温度控制在600610°C;酸洗、冷轧压下率控制在70~75%;连续退火，退火火工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却。其中的快速加热速度控制在5~10°C/s，加热时间120~140s;短暂高温保温的温度控制在780800°C，保温时间200210s;高温段快速冷却速度控制在30~35°C/s，冷却时间12~16s;短暂低温保温的温度控制在400~410°C，保温时间150160s;低温段中速冷却速度在25~30°C/s，冷却时间在10~12s;然后经平整、精整、涂油、包装及得成品。分别对以上五个实施例产品的屈服强度、抗拉强度、延伸率、屈强比、应变强化指数等力学性能进行检测，其检测结果对应如表1所示-表1:本发明产品的五个实施例的力学性能-<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从表1中数据可知，本发明的实施例产品的屈服强度和抗拉强度均超过常规高强钢的屈服强度(常规钢在400MPa以下)和抗拉强度(常规钢在700MPa以下)，其中，屈服强度和抗拉强度比值为0.63，明显低于常规高强钢的下限值0.70。屈强比低，意味着材料的成型能力好，而且抗断裂能力强，这一指标，对于冲压成型用的高强钢尤其重要。因为，如果屈服强度高，则相应的成型模具强度要求更高，给模具的成本带来压力，同时，屈服强度太高，冲压后零件的形状容易变形即发生回弹，不能满足零件的尺寸精度要求。同时本发明的实施例产品钢的延伸率均超过常规钢要求的24%，加工硬化指数均超过常规钢要求的0.18，因而本发明的钢显示出良好的弯曲成形性能和零件尺寸稳定性、良好的焊接适应性能、良好的焊缝辊压成型性能，可以满足圆筒零件的成型、焊接与制作，并可以推广应用到同类产品，与传统钒铌钛高强度相比，不仅生产成本低、而且成型性、焊接性及焊缝辊压成型性稳定，体现了具有良好的市场应用前景及显著的社会效益和经济效益。权利要求1.一种700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板，其特征在于该钢板中各组分的重量百分比为C0.18～0.23％；Al1.20～1.50％；Mn1.50～1.80％；Si≤0.50％；P≤0.040％，S≤0.005％；余量为Fe及不可避免的杂质。2.—种权利要求1所述700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板的制造方法，包括以下步骤铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、板坯检查及清理、板坯加热、热轧、层流冷却、巻取、酸洗、冷轧、连续退火、平整、精整和涂油，其特征在于所述RH真空处理的时间控制在1823min;所述连铸采用200t以上大容量钢包冶炼和细化颗粒保护渣浇注，钢水出钢温度在16501660°C，出钢结束温度在16001615°C，连铸温度在1560~1570°C;所述板坯加热温度控制在1180~1220°C;所述热轧的粗轧温度控制在10601100°C，终轧温度控制在830870°C;所述层流冷却速度控制在20~40°C/s，冷却时间612s;所述巻取温度控制在580~620°C;所述冷轧压下率控制在60~80%;所述连续退火的工艺模式包括快速加热、短暂高温保温、高温段快速冷却、短暂低温保温、低温段中速冷却，其中快速加热速度控制在5~10°C/s，加热时间75160s;短暂高温保温的温度控制在750800°C，保温时间180~240s;高温段快速冷却速度控制在20~40°C/s，冷却时间8~20s;短暂低温保温的温度控制在390~410°C，保温时间120180s;低温段中速冷却速度控制在20~30°C/s，冷却时间1015s。全文摘要本发明公开了一种700MPa级高强冷轧碳铝锰钢板及其制造方法，该钢板各组分的重量百分比为C0.18～0.23％；Al1.20～1.50％；Mn1.50～1.80％，Si≤0.50％；P≤0.040％，S≤0.005％；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的制造方法包括以下步骤铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、板坯检查及清理、板坯加热、热轧、层流冷却、卷取、酸洗、冷轧、连续退火、平整、精整、涂油、包装等。经试验证明，本发明的碳铝锰钢板的抗拉强度超过700MPa级并且焊接性能优良，本发明的生产方法具有生产成本低、工业生产适应性良好的优点。文档编号C21C5/28GK101603144SQ20091006333公开日2009年12月16日申请日期2009年7月28日优先权日2009年7月28日发明者叶仲超,张彦文,杨运超,王立辉,胡吟萍,华谢,宇陈,黄治军申请人:武汉钢铁(集团)公司