一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法
【专利摘要】本发明揭示了一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法，其主要化学成分质量百分数为：碳：0.06%～0.12%、硅≤0.25%、锰:1.0%～1.4%、铝：0.015%～0.060%、磷≤0.02%、硫≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质元素。再配合冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火、平整、成品等工艺流程的控制，得到的440MPa级冷轧高强度汽车结构钢，屈服强度为270MPa～370MPa，抗拉强度为440MPa～510MPa，延伸率为31％～38％。通过增加碳的含量，代替昂贵的金属，降低生产成本，再通过工艺，使碳与Fe形成细小弥散的碳化物，均匀分布于铁素体中，得到的冷轧高强度汽车结构钢具有高强度特点。
【专利说明】一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度汽车用钢【技术领域】，涉及汽车结构件用高强度CMn结构钢的制造方法，特别是提供了一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法。具有优异的抗二次加工脆性的440MPa级CMn结构钢，是通过C、Mn及少量(或不添加)Si的固溶强化，以及细晶强化相结合，从而获得优良的综合力学性能。
【背景技术】
[0002]随着汽车轻量化与节能减排法律法规的实施与推进，在现代汽车的白车身制造过程中，减重降耗、减少环境污染和提高安全性成为研究的热点。汽车用钢不断向高强度化方向发展，但是在汽车冲压过程中，超高强度钢由于回弹、开裂等问题，未能在汽车行业广泛普及使用。目前汽车行业应用最广泛的高强钢的强度级别为340~600MPa之间，普遍使用的是高强IF钢、HSLA、双相钢、CMn结构钢等。而对于高强IF钢来说，其主要的强化元素为P，P是冷脆性元素，加之晶界无间隙元素，其二次加工脆性很差。对于HSLA来说，由于需要添加贵重的Nb元素来微合金化，因此制造成本相对较高。对于双相钢来说，双相钢主要要通过大量的C、Mn、Si或Cr来提高钢的淬透性，对于强度级别较低的双相钢，其合金元素含量较少，淬透性很难得到保证。而440MPa的CMn高强结构钢以其经济性、可加工性以及优异的综合性能成为汽车结构中广泛使用的材料之一。
[0003]如专利申请号为CN200810119821.1，该专利的化学成分为0.005~0.007%C、
0.02 ~0.03%S1、l.2 ~2.1%Μη、< 0.08%P、< 0.006%S、≤0.003%Ν、0.05 ~0.ll%Nb、
0.0005 ~0.002%B、0.2 ~0.5%Cr、0.005 ~0.01%T1、0.01 ~0.04%A1,其余为 Fe 和不可避免的杂质，热轧板坯加热温度1200~1250°C，保温0.5~1.5小时，终轧温度910~920°C，卷取温度640~680°C，冷轧压下率为80%，退火温度840~860°C。可获得抗拉强度≥ 440MPa级，并具有优异的成形性能，但是该专利采用超低碳设计，通过P来固溶强化，其二次加工脆性差。因此采用上述工艺生产的440MPa级的汽车结构钢，在制成汽车零部件后，在寒冷地区汽车碰撞过程中很容易发生脆性断裂，乘客的安全性得不到保障。寻求具有经济型的、抗二次加工脆性的汽车结构钢的生产技术，具有较高的经济和社会效益。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种经济型440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制备方法，解决了固溶强化元素P的二次加工脆性以及Nb微合金强化的高成本制造高强钢的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]本发明旨在提供一种经济型440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制备方法。其主要化学成分质量百分数为:c:0.06%~0.12%、Si ≤0.25%、Mn:1.0%~1.4%、Als:
0.015%~0.060%、P≤0.02%、S≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质元素。其中Als为固态招。[0007]本发明的主要特点:通过加大碳的含量，减少合金元素的加入，降低成本；同时C对抗拉强度的贡献较屈服强度大，有利于降低屈强比。添加Mn含量，在钢中起固溶与细晶强化的作用，同时固定钢中的S含量，避免S与Fe结合形成热脆性；Mn的加入可提高钢的低温韧性。
[0008]本发明的加工步骤如下:
[0009]步骤1:冶炼，在转炉或电炉中按上述成分进行冶炼，并在加热钢包中进行精炼；
[0010]步骤2:连铸，钢水在结晶器作用下，成形并迅速凝固结晶，形成板坯；
[0011]步骤3:热轧，采用常规热轧工艺，板坯被轧至冷轧原料所需厚度，终轧温度控制在840~890°C，卷取温度控制在550~650°C ；
[0012]步骤4:酸洗冷轧，采用常规酸洗工艺，充分去除带钢表面的氧化铁皮，然后经过冷轧至目标厚度，冷轧压下率控制在60~80% ；
[0013]步骤5:连续退火，在760~830°C的温度下连续退火60~200秒经过缓慢冷却至660~680°C后，喷吹高速气体(N2-H2)快冷至过时效温度350~400°C进行过时效处理，过时效处理时间为300~450s，然后经平整后获得成品。
[0014]本发明的有益效果在于:采用本发明的化学成分、工艺流程和具体方法和步骤生产的汽车用高强度冷轧结构钢板，屈服强度为270MPa~380MPa，抗拉强度为440MPa~51OMPa,延伸率为31 %~ 38 %。该方法通过提高碳的含量，减少合金元属的加入，减少了制造成本，该方法通过添加锰的含量，实现钢的固溶强化和细晶强化，同时固定钢中的硫，提高了钢的低温韧性。本发明解决了磷的二次加工脆性以及Nb微合金强化的高成本制造高强钢的问题。
【具体实施方式】
[0015]本发明旨在提供一种经济型440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制备方法。其主要化学成分质量百分数为:c:0.06%~0.12%、Si ( 0.25%、Mn:1.0%~1.4%、Als:
0.015%~0.060%、P ( 0.02%、S ( 0.01%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，其中Als是固溶招。
[0016]C:最有效的强化元素，是最经济且强化作用最强的元素。当C含量较低时，其成形性与焊接性能较好；但是C含量过低，很难获得所需的强度；为了获得所需的强度，C含量的下限控制在0.06%。C含量过高，使得钢的延伸性能与焊接性能下降，因此本发明将C含量的上限控制在0.12%。
[0017]S1:在钢中有较强的强化作用，但Si易形成氧化物，不利于酸洗以及退火后表面容易形成氧化色，还降低钢板的涂镀性，因此本发明添加少量的Si或不添加Si，其上限控制在0.25%。
[0018]Mn:在钢中起固溶强化作用，同时降低钢的屈强比，其添加量与钢的强度有关。但是Mn含量过高，钢的塑性与焊接性能就受到较大影响。因此为了兼顾强度与塑性，Mn含量最好控制在1.0~1.4%。
[0019]Als:A1在钢中主要起脱氧作用，同时Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒的作用。少量Al的存在，保证强度性能的前提下，可使钢的延性提高。但是Al含量过高，结晶器容易堵塞，同时铸坯容易产生裂纹等缺陷，所以本发明Al重量百分比含量控制在0.015% ~0.060%O
[0020]P:为钢中不可避免的有害杂质，对钢的冲压性能、冷脆性、二次加工脆性等均有不良影响，应严格控制钢中的P含量，P重量百分比含量控制在0.02%以内。
[0021]S:为钢中不可避免的有害杂质，对钢的各向同性、热脆性、冲压性能、冷弯性、翻边成形性能等有不利影响，应严格控制钢中的S含量，S重量百分比含量控制在0.01%以内。
[0022]余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素含量越少越好。
[0023]本发明的主要特点:通过提高C得到含量，减少合金元素的加入，降低成本；同时C对抗拉强度的贡献较屈服强度大，有利于降低屈强比。添加Mn含量，实现钢的固溶强化与细晶强化，同时固定钢中的S含量，避免S与Fe结合形成热脆性；Mn的加入可提高钢的低温韧性。
[0024]本发明采用上述的化学成分，生产制造工艺流程为:
[0025]冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0026](I)对汽车用冷轧高强度结构钢板的化学成分进行优化设计，不添加价格昂贵的合金元素，利用C、Mn元素的固溶强化与细晶强化提高产品的强度。
[0027](2)热轧:840~890°C终轧，550~650°C卷取；采用常规的终轧温度，有利于工艺的稳定性，采用较低的卷取温度，热轧后采用层流冷却进行快速冷却，有利于获得细小的晶粒，改善钢的各向异性。
[0028](3)酸洗冷轧:采用常规酸洗工艺，充分去除带钢表面的氧化铁皮。冷轧压下率控制在60~80%。
[0029](4)连续退火:760~83 0°C退火60~200s，经过缓慢冷却至660~680°C后，喷吹高速气体(N2-H2)快冷至过时效温度350~400°C进行过时效处理，过时效处理时间为300~450s，然后经平整后获得成品。
[0030]采用本发明的化学成分、工艺流程和具体方法和步骤生产的汽车用高强度冷轧结构钢板，屈服强度为270MPa~380MPa，抗拉强度为440MPa~510MPa，延伸率为31 %~38%。
[0031 ] 下面通过具体实施例对本发明做进一步的描述。
[0032]实施例1:
[0033]钢的化学成分(质量百分比)C:0.10%, Mn:1.2%, Si:0.03%, P:0.015%, S:0.003%,Als:0.048%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0034]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0035]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1230°C进行热轧，热轧终轧温度为870°C，卷取温度为580°C，热轧至
4.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为75%，轧至目标厚度1.0mm，连续退火温度为780°C，过时效温度为360°C，过时效时间为320s，平整延伸率为1.4%。得到的产品屈服强度为31OMPa,抗拉强度460MPa，延伸率37.5%。
[0036]实施例2:
[0037]钢的化学成分(质量百分比)C:0.12%, Mn:1.0%, Si:0.22%, P:0.010%, S:0.009%,Als:0.015%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0038]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。[0039]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为850°C，卷取温度为650°C，热轧至4mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为80%，轧至目标厚度0.8mm，连续退火温度为820°C，过时效温度为370°C，过时效时间为300s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为277MPa，抗拉强度452MPa，延伸率34%。
[0040]实施例3:
[0041]钢的化学成分(质量百分tk) C:0.075%, Mn:1.2%, Si:0.06%, P:0.016%, S:
0.0022%, Als:0.023%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0042]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0043]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为890°C，卷取温度为610°C，热轧至
5.2mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为75%，轧至目标厚度1.3mm，连续退火温度为830°C，过时效温度为370°C，过时效时间为350s，平整延伸率为1.1%。得到的产品屈服强度为340MPa,抗拉强度470MPa，延伸率33.5%。
[0044]实施例4:
[0045]钢的化学成分(质量百分比)C:0.085%, Mn:1.2%, Si:0.2%, P:0.011%, S:0.006%,Als:0.043%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0046]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
`[0047]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为880°C，卷取温度为610°C，热轧至
5.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为73%，轧至目标厚度1.35mm，连续退火温度为800°C，过时效温度为370°C，过时效时间为350s，平整延伸率为1.0%。得到的产品屈服强度为358MPa,抗拉强度500MPa，延伸率34%。
[0048]实施例5:
[0049]钢的化学成分(质量百分比)C:0.085%, Mn:1.2%, Si:0.2%, P:0.011%, S:0.006%,Als:0.043%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0050]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0051]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1230°C进行热轧，热轧终轧温度为880°C，卷取温度为620°C，热轧至
5.5mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为63%，轧至目标厚度2.0mm，连续退火温度为830°C，过时效温度为390°C，过时效时间为430s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为317MPa,抗拉强度452MPa，延伸率36.5%。
[0052]实施例6:
[0053]钢的化学成分(质量百分比)C:0.095%, Mn:1.15%, Si:0.20%, P:0.016%, S:0.0015%, Als:0.040%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0054]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0055]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为860°C，卷取温度为600°C，热轧至
3.6mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为72%，轧至目标厚度1.0mm，连续退火温度为780°C，过时效温度为380°C，过时效时间为400s，平整延伸率为0.8%。得到的产品屈服强度为373MPa，抗拉强度504MPa，延伸率31.5%。
[0056]实施例7:
[0057]钢的化学成分(质量百分比)C:0.11%, Mn:1.2%, Si:0.20%, P:0.014%, S:0.002%,Als:0.025%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0058]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0059]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为870°C，卷取温度为640°C，热轧至
5.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为64%，轧至目标厚度1.8mm，连续退火温度为800°C，过时效温度为380°C，过时效时间为450s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为341MPa,抗拉强度491MPa，延伸率36.5% 。
[0060]实施例8:
[0061]钢的化学成分(质量百分比)C:0.096%, Mn:1.2%, S1:0.22%, P:0.017%, S:
0.0011%, Als:0.05%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0062]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0063]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1230°C进行热轧，热轧终轧温度为874°C，卷取温度为605°C，热轧至
4.8mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为69%，轧至目标厚度1.5mm，连续退火温度为760°C，过时效温度为400°C，过时效时间为380s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为354MPa,抗拉强度498MPa，延伸率36%。
[0064]实施例9:
[0065]钢的化学成分(质量百分比)C:0.06%, Mn:1.3%, Si:0.07%, P:0.012%, S:0.004%,Als:0.046%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0066]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0067]工艺参数:按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为860°C，卷取温度为560°C，热轧至
4.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为75%，轧至目标厚度1.0mm，连续退火温度为800°C，过时效温度为380°C，过时效时间为370s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为357MPa,抗拉强度467MPa，延伸率35%。
[0068]实施例10:
[0069]钢的化学成分(质量百分比)C:0.08%, Mn:1.32%, Si:0.05%, P:0.012%, S:0.004%,Als:0.042%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0070]其工艺流程为:冶炼一连铸一热轧一酸洗冷轧一连续退火一平整一成品。
[0071]工艺参数::按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200°C进行热轧，热轧终轧温度为850°C，卷取温度为580°C，热轧至5.5mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为76%，轧至目标厚度1.3mm，连续退火温度为790°C，过时效温度为360°C，过时效时间为420s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为332MPa,抗拉强度468MPa，延伸率33%。
[0072]说明书中C为碳，Si为娃，Mn为猛，Als为酸溶招(固溶招)，P为磷，S为硫。
【权利要求】
1.一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢，其化学成分重量百分比为:碳:0.06%~0.12%、硅≤ 0.25%、锰:1.0% ~1.4%、铝:0.015% ~0.060%、磷≤0.02%、硫≤ 0.01%,余量为Fe及不可避免杂质元素。
2.根据权利要求1所述的440MPa级冷轧高强度汽车结构钢的制造方法，包括如下步骤: 步骤1:冶炼，在转炉或电炉中按上述成分进行冶炼，并在加热钢包中进行精炼； 步骤2:连铸，钢水在结晶器作用下，成形并迅速凝固结晶，形成板坯； 步骤3:热轧，采用常规热轧工艺，板坯被轧至冷轧原料所需厚度，终轧温度控制在840~890°C，卷取温度控制在550~650°C ； 步骤4:酸洗冷轧，采用常规酸洗工艺，充分去除带钢表面的氧化铁皮，然后经过冷轧至目标厚度，冷轧压下率控制在60~80% ； 步骤5:连续退火，在760~830°C的温度下连续退火60~200秒经过冷却至660~680°C后，喷吹高速气体冷却至过时效温度350~400°C进行过时效处理，过时效处理时间为300~450s，然后经平整后获得成品。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:该方法通过增加碳的含量，减少合金元属的加入。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:该方法通过添加锰的含量，实现钢的固溶强化和细晶强化，同时固定钢中的硫，提高了钢的低温韧性。
5.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:该方法得到的冷轧高强度汽车结构钢，屈服强度为270MPa~380MPa，抗拉强度为440MPa~510MPa，延伸率为31%~38%。
6.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述步骤3的终轧温度为840~890°C，热轧后采用层流冷却进行冷却至卷取温度，卷取温度为550~650°C。
【文档编号】C22C38/06GK103509997SQ201310442711
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】刘永刚, 潘红波, 詹华, 汪建威, 朱瑞琨, 舒宏富, 张军, 何峰, 占云高, 王立涛, 董梅, 施立发 申请人:马钢(集团)控股有限公司, 马鞍山钢铁股份有限公司