抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强度钢。其化学成分按重量百分比计为：C：0.0027～0.0035％，Si：0.071～0.095％，Mn：0.78～0.95％，P：0.060～0.075％，S≤0.003％，Als：0.015～0.030％，Nb：0.040～0.045％，Ti：0.039～0.045％，B：0.0008～0.0014，N≤0.003％，O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法，依次包括以下步骤：铁水脱硫，转炉冶炼，炉外精炼，连铸，精整，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，酸洗，冷连轧，连续退火+热镀锌，光整，精整。该钢具有高强度的力学性能和良好的成形性、高的有利织构含量、良好的耐蚀性及较好的表面质量要求。
【专利说明】抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢及其 生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于轿车用钢【技术领域】，具体是指一种抗拉强度390MPa级轿车内部结构 件用热镀锌高强钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球气候变暖，减少汽车排放是今后一段相当长的时期内持续进行的课题， 轻量化是汽车技术发展的一个重要趋势，受到越来越多的关注和重视。然而实现这一目标 的重要途径之一就是车身用材的减薄，但是汽车的安全性还必须要得到保证，因此汽车生 产厂家对车身用钢铁材料的强度要求越来越高。但是随着强度的不断提高，钢板的成形性 能越来越差，尤其是车身的一些变形复杂的结构件，它们既要求具有较高的强度，又必须能 够满足复杂变形的需要，即钢板在具有较高强度的同时，必须具有良好的成形性能。同时， 随着轻量化车身的发展，要求车身的内部安全件和结构件需要高的强度，以保证驾乘人员 的安全。另外，汽车用钢板应具有耐大气腐蚀和盐雾腐蚀的能力。且早在80年代中期，美国 汽车制造商就提出将汽车车体的耐蚀期提高，即要求一般乘用车5年表面不发生点腐蚀， 10年不发生穿孔腐蚀，用涂漆冷轧钢板做车体已不能满足耐腐蚀方面的要求，因此耐蚀性 优良且成本低廉的热镀锌高强钢受到汽车厂家的青睐。因此，汽车用钢板向经过涂镀处理 的高强化方向发展，既具有高强度、又有良好耐蚀性的轿车内部结构件及内部复杂结构件 用热镀锌高强度钢板的应用越来越广泛。
[0003] 抗拉强度390MPa级成形性优良的热镀锌高强度钢兼有较高的强度和良好的成形 性能、高的有利织构含量，以及优异的耐蚀性和抗冲撞性、抗二次加工性能，因此越来越多 的用于车身的内部结构件等变形较复杂、强度要求较高的零件，逐渐成为汽车车身用钢的 主流。国内外的一些钢铁企业和研究机构也正在开展此类产品的研究工作，以满足汽车工 业的需要。
[0004] 本发明之前，申请号为200810012978. 4的中国发明专利，公开了"一种高强 度表面质量好的全硬热镀锌钢板及其生产方法"，该钢的化学成为：C :0. 02?0. 15%， Si彡0· 05%，Mn :0· 15?1. 50%，Ti和（或）Nb :0· 02?0· 10%，其余为Fe和不可避免的 杂质。该全硬热镀锌钢板具有良好的耐蚀性，但其成型性能较差，只能用于制作形状简单的 结构件。
[0005] 申请号为201210338992. X的中国发明专利，公开了 "一种汽车用热镀锌钢板及 其生产方法"，该钢的化学成分质量百分数为：C :0.001?0.003%，Mn :0.05?0. 15%， Si 彡 0· 03%，P 彡 0· 02%，S :0· 008 ?0· 015%，Alt :0· 02 ?0· 07%，Ti :0· 05 ?0· 09%， B :0. 002?0. 010%，N < 0. 004%，余量为Fe和微量元素。该汽车用热镀锌钢板具有良好 的耐蚀性和成形性能，但其强度较低，不能够满足车身轻量化的要求，且合金含量高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是，为满足轿车轻量化对车身内部结构件和复杂结构件强度、高成 形性能、高表面质量和耐蚀性的技术要求，充分利用现有的生产设备条件，开发出一种抗拉 强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强度钢。该钢具有高强度的力学性能和良好的 成形性、高的有利织构含量、良好的耐蚀性及较好的表面质量要求。
[0007] 为实现上述目的，本发明的抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢， 化学成分按重量百分比计为：C :0. 0027?0. 0035%，Si:0. 071?0. 095%，Μη :0. 78? 0. 95%, Ρ :0. 060 ?0. 075%, S 彡 0. 003%, Als :0. 015 ?0. 030%,Nb :0. 040 ?0. 045%， Ti :0· 039 ?0· 045%，B :0· 0008 ?0· 0014, N 彡 0· 003%，0 彡 0· 002%，余量为 Fe 及不可 避免的杂质。
[0008] 优选地，该钢化学成分按重量百分比计为：C :0.0030?0.0033%，Si :0.078? 0.090%,Mn:0.80?0.85%,P:0.065?0.072%,S< 0.003%,Als:0.020?0.030%,Nb: (λ 040 ?（λ 045%，Ti :0· 039 ?（λ 045%，B :0· 0008 ?（λ 0014，N 彡（λ 003%，0 彡（λ 002%， 余量为Fe及不可避免的杂质。
[0009] 本发明所述抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢的生产方法，依 次包括以下步骤：
[0010] 铁水脱硫，转炉冶炼，炉外精炼，连铸，精整，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，酸 洗，冷连轧，连续退火+热镀锌，光整，精整；其中，所述炉外精炼时真空处理的时间为30? 40min，板坯加热温度为1260?1280°C，终轧温度为935?955°C，热轧层流冷却速度25? 35°C /s，卷取温度为680?700°C。
[0011] 优选地，所述退火加热温度为790?810°C，退火保温时间为55?60s，退火冷却 速度为50?60°C /s。
[0012] 进一步地，所述光整延伸率为1· 25?1· 50%。
[0013] 下面对本发明的抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强度钢的理想化 学成分和工艺控制原理进一步详细说明。
[0014] (1)化学成分
[0015] 碳通过间隙固溶强化，可显著提高钢的强度，但是钢中的碳含量高对成形性能极 为不利。故将其含量限定在〇. 0027?0. 0035%范围，优选为0. 0030?0. 0033%。
[0016] 硅有较强的固溶强化效果，可提高钢的强度，但是钢中加入过多的硅元素不仅对 成形性能不利，而且影响热镀锌后的表面质量。所以，将其含量限定在0. 071?0. 095%范 围，优选为〇. 078?0. 090 %。
[0017] 锰也是固溶强化元素，可提高钢的强度，但较高的锰含量对成形性能不利，尤其是 钢中的固溶碳、氮原子较多时，锰对成形性能的严重损害是由于锰与间隙原子之间的交互 作用而导致的。在本发明钢中，由于碳、氮原子完全被固定，所以锰的不良影响减少。考虑 到实际情况，所以，将其含量限定在〇. 78?0. 95%范围，优选为0. 80?0. 85%。
[0018] 磷是廉价的固溶强化元素，是提高铁素体强度最高的元素。并且钢中加入适量的 磷元素，其在提高钢的强度的同时，不降低钢的成形性能。但是，较高的磷元素会使有利织 构减弱，降低钢的r值。考虑磷元素对钢性能的综合影响，将其限定在0. 060?0. 075%范 围，优选为〇. 065?0. 072%。
[0019] 铝是作为脱氧剂加入的，保证钢水的纯净，但过多的铝含量会形成氧化铝夹杂。综 合考虑钢中的Als含量控制在0. 015?0. 030%之间，优选为0. 020?0. 030%。
[0020] 钛、铌是强C、N化物形成元素，钢中加入钛和铌的目的是固定钢中的间隙原子C和 N，净化铁素体基体，从而使本发明钢种具有良好的成形性能。同时，铌、钛的加入可起到析 出强化和细化晶粒的作用，并且铌、钛的复合添加利于钢板表面的热镀锌。所以，将其含量 限定在钛：〇· 039 ?0· 045% ;铌：0· 040 ?0· 045%。
[0021] 硫在本发明钢中属于控制元素，其含量越低越好，考虑到实际冶炼成本。故将钢中 硫含量控制在0. 003%以下。
[0022] 硼加入钢中的作用是阻碍磷在晶界偏析，避免磷元素在晶界偏析从而降低钢的抗 二次加工脆性能力。所以，将其含量限定在〇. 0008?0. 0014%范围。
[0023] 氮在钢中是有害元素，影响钢的成形性能，故将其含量控制在0. 003%以下。
[0024] 氧在本发明钢中属于控制元素，其含量越低越好，较高的氧含量会增加钢中的夹 杂物含量，影响钢的成形性能和表面质量，考虑到生产时间，将其含量限定在0.002%以下。
[0025] 本发明采用相对其它专利更低的合金成本设计，既保证了钢板具有较高的强度， 又保证了钢板具有良好的成形性能、高的抗二次加工脆性、良好的耐蚀性能，并且钢板表面 具有良好的锌层附着性。
[0026] (2)生产工艺
[0027] 本发明钢的生产过程中，产品在转炉进行冶炼，采用脱硫铁水，硫含量要求越低越 好，精确控制转炉终点碳、氧及磷和硫含量，并保证碳一温协调，在出钢过程中加入铝铁一 硅铁一锰铁；然后进行真空处理，同时在真空进行成分微调，成分微调合金加入顺序：铝丸 -金属锰一硅铁一磷铁一铌铁，最后加入钛铁和硼铁。确保产品的熔炼化学成分在设计要 求的范围内，同时尽可能的降低钢中的硫和氮，保证钢质纯净度。熔炼出符合要求的钢水 后，采用连铸方法进行浇铸，其板坯采用热送的方式送到热轧厂进行轧制。
[0028] 板坯经加热后在单相奥氏体区进行热连轧，乳制后通过控制冷却得到织构充分发 展且第二相粒子细小弥散析出的合理匹配，以及晶粒较细的热轧板，以便为最终产品的高 强度和良好成形性能提供保证。经轧制后的热轧钢卷送冷轧厂进行酸洗+冷连轧，然后经 再结晶退火、热镀锌、光整及精整，得到热镀锌板卷，此过程中通过冷轧压下率和再结晶退 火、光整工艺的合理匹配，以及热镀锌锌锅温度、锌液成分以及入锌锅带钢温度的合理控 制，得到具有高表面质量、成形性能优良、高耐蚀性且具有较高强度的产品。
[0029] 所以，本发明在钢种的化学成分设计上，采用超低碳、超低硫、超低氧和低的合金 成本设计，既要保证产品具有390MPa及以上的较高强度，又要保证具有良好的成形性能和 较好的抗二次加工脆性。工艺设计上，采用合适的轧制和退火以及热镀锌工艺，从而保证 产品具有较高的有利织构含量、良好的耐蚀性特征。将热镀锌后的产品按国标加工成80mm 标距拉伸试样（原始标距长度u = 80mm，b = 20mm)，并按国标进行拉伸试验，产品的力学 性能为：屈服强度RpQ.2 :260?300MPa，抗拉强度Rm :390?440MPa，延伸率A8Q_彡32%， r9Q彡1. 7, n9(l彡0. 17。而且产品的单面锌层重量达到40?70g/m2。
[0030] 由此可见，本发明开发出的抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强度 钢与现有的390MPa级热镀锌高强钢相比，产品既具有较高强度，满足汽车工业对车身内部 结构件强度和刚度的要求，又具有良好的成形性能，较高的有利织构含量，能顺利完成复杂 变形，同时，本发明的产品具有高的抗二次加工脆性，和良好的耐腐蚀性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明钢产品的金相组织结构图。
【具体实施方式】
[0032] 以下结合附图和具体实施例对本发明的抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热 镀锌高强度钢及其生产方法做进一步详细说明。
[0033] 表1列出了本发明用于生产抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强度 钢的六种具体实例的化学成分。这六种具体实施例钢的生产方法如下：在炼钢厂90吨转炉 上进行顶底复合吹炼，采用铁水脱硫技术，使铁水中的S < 0. 002% ;炉后出钢1/3时开始 加铁合金，出钢2/3时加入完毕，合金化顺序：铝铁一硅铁一锰铁；然后进行真空处理，并进 行成分微调，成分微调合金加入顺序：铝丸一金属锰一硅铁一锰铁一磷铁一铌铁。最后加入 钛铁和硼铁。使钢中的化学成分满足设计的要求，余量为Fe及不可避免的夹杂；再将各实 施例成分的钢水烧注成210?250mmX 700?1550mm断面的板述。然后将板述送至热乳厂 进行热连轧，将其轧制成热轧卷。再将热轧卷送至冷轧厂进行酸洗+冷连轧，之后在冷轧厂 进行热镀锌退火、光整和精整成〇. 70?2. 0_厚度规格的热镀锌板卷。
[0034] 各实施例钢的具体生产工艺参数分别见表2所示。
[0035] 表1本发明钢的化学成分（wt. % )
[0036]
【权利要求】
1. 一种抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢，其特征在于：该钢的化学 成分按重量百分比计为：C :0· 0027 ?0· 0035%，Si :0· 071 ?0· 095%，Mn :0· 78 ?0· 95%， P :0. 060 ?0. 075 %，S 彡 0. 003 %, Als :0. 015 ?0. 030 %，Nb :0. 040 ?0. 045 %，Ti : 0· 039 ?0· 045%，B :0· 0008 ?0· 0014，N 彡 0· 003%，0 彡 0· 002%，余量为 Fe 及不可避免 的杂质。
2. 根据权利要求1所述的抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢，其特 征在于：该钢的化学成分按重量百分比计为：C :0. 0030?0. 0033 %，Si :0. 078?0. 090%， Mn :0.80 ?0. 85%,P :0.065 ?0. 072%, S 彡 0. 003%,Als :0.020 ?0. 030%,Nb :0.040 ? 0· 045%，Ti :0· 039 ?0· 045%，B :0· 0008 ?0· 0014, N 彡 0· 003%，0 彡 0· 002%，余量为 Fe及不可避免的杂质。
3. 权利要求1所述抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢的生产方法，依 次包括以下步骤： 铁水脱硫，转炉冶炼，炉外精炼，连铸，精整，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，酸洗， 冷连轧，连续退火+热镀锌，光整，精整；其特征在于：所述炉外精炼时真空处理的时间为 30?40min，板坯加热温度为1260?1280°C，终轧温度为935?955°C，热轧层流冷却速度 25?35°C /s，卷取温度为680?700°C。
4. 根据权利要求3所述抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢的生产方 法，其特征在于：所述退火加热温度为790?810°C，退火保温时间为55?60s，退火冷却速 度为50?60°C /s。
5. 根据权利要求3或4所述抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢的生 产方法，其特征在于：所述光整延伸率为1. 25?1. 50%。
【文档编号】C21D8/02GK104195434SQ201410486275
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】胡宽辉, 田德新, 彭涛, 刘祥东, 冯冠文, 周诗正, 刘海军, 杨新泉, 桂洲 申请人:武汉钢铁(集团)公司