一种抗拉强度600MPa级热轧双相钢及其制造方法与流程

本发明涉及热轧双相钢，特别涉及一种抗拉强度600mpa级热轧双相钢及其制造方法，具体而言涉及一种通过纳米(nb,ti)c/n析出强化、组织细化和低温卷取获得的抗拉强度600mpa级热轧双相钢及其制造方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术：

热轧双相钢微观组织同时具有软相的铁素体和硬相马氏体，使其具有很低的屈强比、高强度和高成形性能，是汽车加强板、底盘、保险杠等车体构件向节能、减重和安全性方向发展的优质高强度结构钢。双相钢热轧生产主要分为中温卷取型和低温卷取型两类。其中，中温卷取双相钢连续冷却过程中，介于a→f和a→b转变的温度区间(大约500～600℃)内存在奥氏体亚稳无相变区间。因此，终轧后钢板在铁素体-奥氏体两相区首先完成大部分的a→f相变(约获得85～80％左右的铁素体)，随后快冷至“卷取窗口”温度内进行无相变卷取，卷取完后空冷到室温使残余奥氏体转变为马氏体，最终获得f加m两相组织。成分上一般添加mo合金元素以提高残余奥氏体在“卷取窗口”温度的稳定性，导致成本较高。

申请公布号为cn105385954a的中国专利文件公开了“一种10mm以上600mpa级双相钢钢带及其加工方法”，通过对化学成分的控制及冶炼、加热及轧制工艺参数的控制，使得生产出来的带钢力学性能的特点为屈强比低，拉伸曲线连续屈服，具有良好成形性能，适用于旋压工艺，尤其适用于重载卡车轻量化车轮等较大型车轮钢圈的制造。但是，其组织中马氏体含量控制困难，组织及性能稳定性欠缺。

申请公布号为cn102703815a的中国专利文件公开了“一种600mpa级热轧双相钢及其制备方法”，该专利提供一种以c-mn-cr系化学成分为基础，在薄板坯连铸连轧生产线上，应用半无头轧制工艺，采用三段式冷却工艺，生产出600mpa级热轧双相钢的方法。该方法局限于超薄带钢的生产，对生产产线设备要求较高。

因此，现有技术中公开有关600mpa级热轧双相钢板及其制造方法的技术方案存在以下问题：添加mo元素，增加了成本；不含ti、nb元素的低温卷取双相钢马氏体岛粗大、分布不均、塑性较低、生产及组织性能不稳定；不能同时具备高强度、低成本、性能稳定、易生产组织的特征，同时也不能满足汽车行业对节能降耗的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种抗拉强度600mpa级热轧双相钢及其制造方法，解决现有抗拉强度600mpa级热轧双相钢的塑性较低、制造成本高、钢中马氏体岛粗大及分布不均的技术问题。

本发明采用的技术方案是：一种抗拉强度600mpa级热轧双相钢，其化学成分的重量百分比为：c:0.05～0.10％，si:0.10～0.25％，mn:0.5～1.2％，p≤0.10％，s≤0.005％，cr:0.3～0.6％，nb:0.012～0.025％，ti:0.012～0.025％，al:0.015～0.045％，余量为铁和不可避免的夹杂。

本发明抗拉强度600mpa级热轧双相钢的金相组织为细晶铁素体+马氏体，其中马氏体的比例10-15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0-10.0级，3.0～6.0mm厚热轧钢板的屈服强度rp0.2≥400mpa，抗拉强度rm≥600mpa，断后伸长率a80mm≥20％，扩孔性能λ≥35％。

本发明所述的抗拉强度600mpa级热轧双相钢的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳含量除了对钢板具有强化效果外，还影响钢板的加工性能。碳固溶在基体中可提高材料的淬透性，降低相变点，有利于获得马氏体组织。另外，一部分碳与nb、ti结合形成nb和ti的碳化合物，(nb,ti)c/n在内的弥散析出相可起到细化基体和第二相强化作用。同时碳当量低，材料的焊接性能好。碳含量过高，获得的马氏体比例高，材料塑性变差，碳含量过低，无法获得足够的强度，本发明设定的c含量为0.05％～0.10％。

硅：硅具有较强的脱氧能力，溶入铁素体后有很强的固溶强化作用，能够强化铁素体基体，缩小铁素体/马氏体两相硬度差。硅含量过高，不仅会影响材料的加工性能，还会在热轧板表面形成严重的较难去除的红铁皮，影响产品外观及后续表面处理。本发明限定si含量为0.10％～0.25％。

锰：锰在钢中能溶于铁素体中，起到固溶强化的作用。同时降低相变点温度，可显著推迟珠光体有利于获得马氏体组织。mn含量过高，则成形性能下降，且成本增加、经济性下降。本发明限定mn含量范围为0.50％～1.20％。

钛：钛在本发明是重要的合金元素，在低温时，ti和c形成tic颗粒，具有相间析出的特征，沿铁素体/马氏体相界面析出，不仅可细化铁素体基体，而且可同步细化马氏体组织，进而起到改善硬质相马氏体岛弥散分布状态的作用。ti过高会造成钢板的韧性下降。本发明限定ti含量为0.012％～0.025％。

铌：铌是在铁素体相变时获得相间析出的重要合金元素。(nb,ti)c/n沿铁素体/马氏体相界面析出，使马氏体岛细化、分布更均匀，同时使铁素体和马氏体两相有效晶界面积增加，界面处位错密度增高，有利于变形过程在两相界面通过界面障碍强化作用阻碍位错运动，从而起到强化作用，并且能够保持材料具有一定的韧性。本发明限定nb的含量为：0.012％～0.025％。

铬：铬在本发明中起奥氏体稳定化的作用，还可以提高临界卷取温度，使钢的卷取温度范围加宽，提高工艺稳定性。铬可提高钢的硬度和耐磨性，从而在后续加工中获得较高的表面加工质量。本发明限定cr的含量为：0.3％～0.6％。

磷：p一般都固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，磷还有严重的偏析倾向，不容易均匀化。磷过高会增加钢的冷脆性，带状组织加重，塑性和韧性急剧下降，成形性能变坏。本发明技术方案设定p≤0.10％。

硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，硫化物夹杂作为应力集中源首先出现开裂，使其延展性和韧性降低。硫在钢中是有害元素，越低越好，但考虑到脱硫成本及实际生产操作，本发明限定s≤0.005％。

铝：铝在钢中的作用非常重要，主要起到脱氧的作用，和钢中氧形成al2o3在炼钢时去除。al含量过多，不仅会增加氧化物类夹杂，而且会细化晶粒，提高强度、硬度，不利加工。本发明限定al含量为0.015％～0.045％。

一种抗拉强度600mpa级热轧双相钢的制造方法，该方法包括：

钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：c:0.05～0.10％，si:0.10～0.25％，mn:0.5～1.2％，p≤0.10％，s≤0.005％，cr:0.3～0.6％，nb:0.012～0.025％，ti:0.012～0.025％，al:0.015～0.045％，余量为铁和不可避免的夹杂；

连铸板坯加热至1180℃～1230℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为950～1000℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为800～850℃，精轧压下率≥75％；精轧后，钢板厚度为3.0～6.0mm，对钢板进行控制冷却，所述的控制冷却包括三个冷却阶段，第一冷却阶段采用水冷，冷却速度为30-100℃/s，第一冷却阶段冷却终点温度为680-720℃；第二冷却阶段采用空气冷却；空冷时间为5～10s；第三冷却阶段采用水冷，冷却速度为30-100℃/s；卷取温度≤200℃时卷取得到热轧钢卷。

本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

1、连铸板坯加热温度的设定

连铸板坯加热温度的参数设置是促进(nb,ti)c/n析出的工艺控制基础，理论上加热温度越高，越有利于nb、ti微合金元素的固溶，在随后的热轧和冷却过程的相变时越易形成相间析出，强化铁素体基体。温度过高，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。因此本发明设定连铸板坯加热温度为1180℃～1230℃。

2、精轧结束温度设定

本发明的精轧结束温度控制范围较宽，理论上该温度范围内轧制温度越低，越有利于(nb,ti)c/n相析出；但是精轧温度过低易诱发(nb,ti)c/n在轧制过程中的奥氏体状态析出，因而在后续的相变过程中没有足够的析出物，析出强化效果变差。精轧结束温度设定为800℃～850℃。

3、精轧后层钢板冷却速度和冷却时间的设定

精轧后对钢板进行控制冷却，控制冷却包括三个冷却阶段，第一冷却阶段采用水冷，第二冷却阶段采用空气冷却；第三冷却阶段采用水冷；第一冷却阶段冷却速度理论上越高的冷却速度越有利于(nb,ti)c/n的析出和组织细化，但考虑到多数钢厂实际冷却条件，本发明可采用的冷却速度范围较宽，且能获得较多的相间析出物，使铁素体细化，且能获得合适含量的马氏体组织，且马氏体岛弥散分布。综合考虑，本发明设定，精轧后对钢板进行控制冷却，控制冷却包括三个冷却阶段，第一冷却阶段采用水冷，冷却速度为30-100℃/s，第一冷却阶段冷却终点温度为680-720℃；第二冷却阶段采用空气冷却；空冷时间为5～10s；第三冷却阶段采用水冷，冷却速度为30-100℃/s。

4、卷取温度设定

卷取温度主要影响带钢的组织和性能。综合考虑，本发明设定热轧卷取温度≤200℃。

本发明方法生产的抗拉强度600mpa级热轧双相钢的金相组织为细晶铁素体+马氏体，其中马氏体的比例10-15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0-10.0级，3.0～6.0mm厚热轧钢板的屈服强度rp0.2≥400mpa，抗拉强度rm≥600mpa，断后伸长率a80mm≥20％，扩孔性能λ≥35％。

本发明通过微量ti、nb合金元素的添加可促使纳米级(nb,ti)c/n大量析出，析出相能同步细化铁素体、马氏体尺寸，促使马氏体岛弥散分布，本发明通过少量ti、nb微合金元素的添加和热轧工艺控制的结合，在仅增加微量合金元素成本的基础上，显著提高了600mpa级低温卷取双相钢的综合强塑性能，对热连轧机的设备性能要求较低，便于生产，具有明显技术和生产优势。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过少量ti、nb微合金元素的添加和热轧工艺控制的结合，在仅增加微量合金元素成本的基础上，显著提高了600mpa级低温卷取双相钢的综合强塑性能，且易于实现生产组织。2、本发明成分设计采用添加少量ti、nb微合金元素，能够获得细晶铁素体+马氏体，保证获得钢板的抗拉强度≥600mpa。3、本发明的热轧工艺采用较宽的参数条件控制，且能获得合适量的马氏体组织，并促使马氏体岛弥散分布，使钢板具有综合的强塑性能。4、本发明热轧钢板的性能稳定，制造成本低，实现了汽车行业的节能降耗需求。

附图说明

图1为本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。

图2为本发明实施例1热轧钢板的透射电镜组织照片。

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。

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，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。

炼钢生产的连铸板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经控制冷却后进行卷取，产出合格热轧钢卷。热轧钢板的厚度为3.0～6.0mm。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

利用上述方法得到的抗拉强度600mpa级热轧双相钢。参照附图1，热轧钢板的金相组织为细晶铁素体+马氏体，其中马氏体的比例10-15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为9.0-10.0级。参照附图2，添加ti、nb微合金元素起到了同步细化铁素体和马氏体两相组织的效果，改善了马氏体的弥散分布形态，大量沿晶界分布的纳米级第二相粒子，具有典型的相间分布特征，析出相粒子尺寸细小，呈椭圆状与位错纠缠进一步加剧了位错增殖。

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，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，其力学性能见表3。

本发明得到的热轧钢板具有高强度、高塑性的优点，3.0～6.0mm厚热轧钢板的屈服强度rp0.2≥400mpa，抗拉强度rm≥600mpa，断后伸长率a80mm≥20％，扩孔性能λ≥35％。

表3本发明实施例热轧钢板的力学性能

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。