本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种390mpa级连退冷轧汽车结构钢板及其生产方法。
背景技术：
我国的汽车工业已进入乘用车高速发展期，为了满足汽车制造业“减重、节能、安全、环保”的需要，汽车零部件越来越多地使用高强度薄钢板。由于磷具有优良的固溶强化效果及经济性，在超低碳钢基础上发展的超低碳含磷冷轧高强钢(即无间隙原子高强度冷轧钢板)既具有高强度，又具有非常好的冲压成形性能，通常用来制作需要深冲压的复杂部件，已经在汽车行业得到了广泛应用。
近期，国内主要汽车制造厂根据新车型设计要求，提出了抗拉强度为390mpa级成形性能优良的冷轧汽车用结构钢的使用需求，主要技术指标：rp0.2210-310mpa，rm≥390mpa，a50≥34％，n90≥0.18、r90≥1.60。390mpa级高强度冷轧钢板用于加工乘用车的前纵梁与门槛加强板、左/右a柱、左/右b柱加强板等。钢板的主要技术要求：足够的强度和韧性、良好的成形性能、足够的塑性、低的力学性能各向异性、良好的表面质量。
390mpa级冷轧结构钢的力学性能满足表1的要求。
表1力学性能
390mpa级连退冷轧汽车结构钢板化学成分设计通常为超低c-mn-p-ti系微合金钢，其中，c含量≤0.0040％，p含量为0.070～0.090％，ti含量为0.050～0.070％，锰、磷含量的控制主要是为了保证强度和塑性，添加钛主要是为了固定钢中的碳、氮间隙原子，保证钢板无时效。主要生产工艺为冶炼-炉外精炼-连铸-热轧-冷轧-连退。常规生产方法以某厂1800mm汽车板专用连退生产线为例，一般采用较高的冷轧压下率(≥80％)、高退火温度(≥830℃)、较快的冷却速度(hgjc，50℃/s)、较长的退火时间等措施，使成品晶粒适当粗化，发展有利织构，提高成品冲压性能。
技术实现要素：
针对现有390mpa汽车结构钢板，本发明提供了一种新的390mpa级连退冷轧汽车结构钢板。本发明采用超低碳钢+“nb+ti+p”微合金化方案(c与nb结合成nbc，n与ti结合成tin)，力学性能稳定，平面各向异性差小；镀层抗粉化能力强。本发明采用炉外精炼、控轧控冷工艺、控制冷轧压下率及再结晶退火+平整工艺等关键技术措施，所得390mpa级连退冷轧汽车结构钢板具有良好的力学性能及工艺性能。由于本发明涉及的钢板为nb、ti复合微合金化高强if钢，力学性能稳定，钢板的各向异性小，能有效地适应用户不同的冲压工艺；所以本发明生产的冷轧结构钢板综合性能优良，能适用于多种成形条件的生产(折弯、浅冲压、深冲、翻边等)，性价比高，推广使用前景良好。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种综合性能优良的390mpa级连退冷轧汽车结构钢板。该390mpa级连退冷轧汽车结构钢板，按重量百分比计，化学成分为c≤0.0035％、si：0～0.03％、mn：0.65～0.75％、nb：0.030～0.050％、b：0.0003～0.0025％、ti：0.010～0.030％、n：0.002～0.006％、p：0.06～0.08％、s：0～0.015％、als：0.015～0.050％，其余为fe及不可避免的杂质。
进一步的，所述390mpa级连退冷轧汽车结构钢板微观组织结构为铁素体，铁素体晶粒度9.0～10.5级。铁素体指的是c溶于α-fe中所形成的间隙固溶体，具有体心立方晶体结构。铁素体可以采用本领域技术人员公知的方法测得，例如gb/t6394金相法。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述390mpa级连退冷轧汽车结构钢板的生产方法。该生产方法包括以下步骤：高炉铁水经转炉冶炼、lf精炼、rh真空处理、连铸制得钢坯，钢坯经加热、热轧、冷却、卷取、酸轧、退火、平整工序；其中，钢坯的化学成分为c≤0.0035％、si：0～0.03％、mn：0.65～0.75％、nb：0.030～0.050％、ti：0.010～0.030％、n：0.002～0.006％、b：0.0003～0.0025％、p：0.06～0.08％、s：0～0.015％、als：0.015～0.050％，其余为fe及不可避免的杂质；钢坯加热温度为1210～1230℃，时间为1.2～1.8小时；热轧的初轧温度为1100～1200℃，终轧温度为900～940℃；冷却采用轧后前段水冷；卷取温度为710～750℃；冷轧压下率67～82％；退火温度820～850℃，过时效段温度≤420℃，二次冷却段终冷温度≤130℃。
优选的，上述390mpa级连退冷轧汽车结构钢板的生产方法中，所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至710℃～750℃。
优选的，上述390mpa级连退冷轧汽车结构钢板的生产方法中，所述热轧工序中，粗轧4～6个道次，精轧6～7个道次，每道次轧制使料坯的厚度减少3～12毫米。
优选的，上述390mpa级连退冷轧汽车结构钢板的生产方法中，平整工序中，平整延伸率为0.6～0.8％。
优选的，上述390mpa级连退冷轧汽车结构钢板的生产方法中，转炉冶炼的出钢温度为1665～1685℃，出钢时氧活度条件为[a0]100～450ppm。
本发明方法通过控制合适的化学成分，再配合合适的热轧加热温度、终轧温度、卷取温度、冷轧压下率、退火温度等工艺条件，最终获得的钢带成品屈服强度rp0.2210～310mpa，抗拉强度rm≥390mpa，延伸率a50≥34％，加工硬化指数n90≥0.18、塑性应变比r90≥1.60，综合性能优良。该390mpa级连退冷轧汽车结构钢板具有良好的室温力学性能及工艺性能，完全符合技术指标的要求。其微观组织结构为铁素体，铁素体晶粒度9.0～10.5级。铁素体指的是c溶于α于体指中所形成的间隙固溶体，具有体心立方晶体结构。铁素体可以采用本领域技术人员公知的方法测得，例如gb/t6394金相法。
本发明通过细化热轧态的晶粒尺寸提高产品r值，有效提高钢板的成形性能；通过优化光整工艺来保证n值，有效获得了较高的n值。
本发明方法与常规连退工艺生产的同级别冷轧结构钢板相比，本发明采用的生产工艺简单、退火温度不高，产品综合性能优良，推广使用前景良好。
具体实施方式
本发明涉及的390mpa级连退冷轧汽车结构钢板的生产方法工艺流程如下：转炉冶炼→lf精炼→rh真空处理→连铸→热轧→冷却→卷取→酸轧→连续退火→平整→分卷→包装→入库。钢坯采用本领域技术人员公知的方法由高炉铁水经转炉冶炼、lf精炼、电加热、连铸工序制得。
其中，转炉冶炼具体为将高炉铁水及冶炼炉料在转炉中冶炼得到钢水，然后将钢水在rh精炼炉脱氧并进行合金化；在合金化步骤中将铝铁合金、金属锰、铌铁合金、钛铁合金等加入到脱氧后的钢水中，得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为c：≤0.0035％、si：0～0.03％、mn：0.65～0.75％、nb：0.030～0.050％、ti：0.010～0.030％、b：0.0003～0.0025％、n：0.002～0.006％、p：0.06～0.08％、s：0～0.015％、als：0.015～0.050％，其余为fe及不可避免的杂质。为了使入炉原料中s的含量小于或等于入炉铁水总重量的0.010％，可以采用低硫铁水或半钢冶炼。为了防止金属元素尤其是锰元素的烧损，要严格控制冶炼过程温度及出钢时的氧活度，冶炼条件为出钢温度1665～1685℃，出钢过程只使用中碳锰铁进行mn的合金化，出钢时氧活度条件为[a0]400～650ppm。冶炼的时间为常规的冶炼的时间，优选为35～45分钟。
其中，lf精炼工序只进行钢水调温及钢包底吹氩气处理，钢水罐底部通入压力200～400pa的氩气4～6分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，可以避免钢水出现二次氧化及温度下降过快，使钢中夹杂物充分上浮，进一步提高钢材清洁度。lf工序处理时间10～25分钟，出站温度1610～1625℃。lf精炼工序采取的技术为本领域技术人员公知的方法。
其中，rh精炼工序进行钢水终脱氧、合金化、成分微调，处理时间20～35分钟，出站温度1585～1600℃。rh精炼工序采取的技术为本领域技术人员公知的方法。得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为c：≤0.0035％、si：0～0.03％、mn：0.65～0.75％、nb：0.030～0.050％、ti：0.010～0.030％、b：0.0003～0.0025％、n：0.002～0.006％、p：0.06～0.08％、s：0～0.015％、als：0.015～0.050％，其余为fe及不可避免的杂质。
其中，为了保证钢的化学成分均匀，脱氧合金化后rh真空室钢水循环时间5～8分钟，真空度≤2.0mba。对钢水罐进行底吹氩气处理。所述底吹氩气处理的条件压力200～400帕。
其中，连续浇铸步骤可以采用本领域技术人员公知的方法，本发明方法将精炼后的钢水浇铸至预先烧烤过的中间包，经全流程保护的连续铸机浇铸成板坯。浇铸后，可以按照常规方法进行冷却，如在室温下自然冷却。
其中，热轧步骤是将浇铸的板坯经加热后进行轧制。轧制的目的是使连铸板坯达到所需的厚度。本发明热轧板钢带的轧制道次为粗轧4～6个，精轧6～7个，每架机架轧制一道每道次轧制使热轧料坯的厚度减少3～12毫米。
其中，热轧的开轧温度指钢坯进入轧机的温度，在该温度下进行加热，能够充分固溶微合金元素，消除铸坯因枝晶偏板带来的化学元素偏析，同时避免了液析碳化物后降低微合金元素在钢中的作用。热轧的终轧温度指钢带出精轧机组的温度，为了使成品的厚度和力学性能均匀，采用热轧中间坯热卷箱工艺技术，使精轧前的热轧中间坯料头、中、尾部保持特定的终轧温度。本发明热轧加热温度为1210～1230℃，时间为1.2～1.8小时，热轧步骤的粗轧温度为1100～1200℃，终轧温度为900～940℃；热轧过程中的温度控制能够使钢在精轧出口前处于完全奥氏体组织，并且避免奥氏体组织过于粗大。
其中，冷却步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，热轧轧制的薄板钢带经过冷却后调整了钢材内部的组织状态，然后进行卷取成卷。为了满足成品r值要求原料需要具备细小铁素体晶粒尺寸(10.5级-11.0级)，从轧机出来的钢带必须在很短的时间内，在很高的冷却速度下冷却到卷取温度进行卷取。例如，所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至710℃～750℃。
其中，酸轧步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，经过热轧轧制的薄板钢带在酸轧机组头部经焊接后组成连续钢带，经过矫直、酸洗、碱洗、干燥、切边后进行连续轧制，冷轧机组可采用可以采用各种常规的冷连轧机组，如4-5机架冷连轧机组，钢板经酸轧后厚度降低至退火机组原料厚度，采用的冷轧压下率为67～82％；表面氧化铁皮、擦伤等被清除，表面质量得到改善。所述酸轧步骤可以采用本领域技术人员公知的方法和技术。
其中，连续退火步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，经过酸轧后的薄板钢带在连退机组入口经焊接后组成连续钢带，经过表面连续清洗、干燥后进行连续退火，清洗工序为本领域技术人员公知的方法。退火工序为连续退火方式，钢带经退火机组进行预热、再结晶退火及均热、一次冷却、快速冷却、过时效处理、终冷后进行平整、分卷。其中退火温度820～850℃，过时效段(oas段)温度≤420℃(优选380～420℃)，二次冷却段终冷温度≤130℃(优选80～130℃)，平整延伸率为0.6～0.8％。所述连退步骤可以采用本领域技术人员公知的方法和技术。
本发明中化学成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为gb/t4336；非合金钢低碳含量的测定第2部分:感应炉(经预加热)内燃烧后红外吸收法，国家标准为gb/t20126-2006。
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
a、冶炼钢水：冶炼设备为顶吹转炉，高炉铁水作为原料，高炉铁水温度1368℃，加入炼钢辅料熔炼至1680℃出钢到钢水罐，出钢1/3时加入1300kg的中碳锰铁合金(德昌铁合金有限公司)预脱氧，随后在炉外小平台对钢水罐进行底吹氩气处理，氩气压力200～400pa，时间为4分钟。
b、lf电加热：钢水罐底部通入一定压力(200～400pa)的氩气4分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，lf处理终止温度1615℃。
c、rh真空精炼：进行钢水终脱氧、合金化、成分微调，处理时间30分钟，出站温度1598℃。得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为c：0.0025、si：0.01、mn：0.68、nb：0.043、ti：0.030、b：0.0010、n：0.0032、p：0.070、s：0.005、als：0.040，其余为fe。
d、连铸：钢水罐运至浇铸位置，钢水罐的底部滑动水口al质塞棒(安阳冶辅有限公司)，钢水自动流入中间包，经al质塞棒、引流至结晶器进行连续浇铸。全流程采用保护渣进行保护浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯。
e、热轧：板坯出炉轧制温度为1228℃(消除枝晶偏析、控制原始奥氏体晶粒尺寸)，粗轧温度为1150℃，精轧终轧温度930℃；冷却方式采用轧后前段水冷，卷取温度735℃。精轧的轧制道次为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为42～35毫米、35～25毫米、25～17毫米、17～11毫米、11～8毫米、8～5毫米和5～3.50毫米。
f、酸轧：钢带经酸轧机组厚度轧制为0.7毫米，冷轧压下率80.0％。
g、连退：钢带加热段温度755℃，退火均热温度835℃，一次冷却段温度为610℃，过时效段(oas段)温度400℃，二次冷却段终冷温度90℃，平整延伸率0.6％。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度rel、抗拉强度rm、伸长率a50，加工硬化指数值(n90)及塑性应变比值(r90)。拉伸性能按照gb/t228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(rp0.2)为236mpa，抗拉强度(rm)为415mpa，延伸率(a50)为41.0％，n90为0.22、r90为2.30，符合390mpa级冷轧汽车结构钢板的技术条件要求。
实施例2
制备方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为c：0.0030、si：0.01、mn：0.70、nb：0.040、ti：0.025、b：0.0013、n：0.0030、p：0.068、s：0.007、als：0.035，其余为fe，(wt,％)。并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1220℃，终轧温度为927℃，卷取温度为720℃，热轧厚度5.50mm，酸轧厚度1.4mm，冷轧压下率74.5％，退火温度830℃，一次冷却段温度为618℃，过时效段(oas段)温度410℃，二次冷却段终冷温度85℃，平整延伸率0.7％。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度rp0.2、抗拉强度rm、伸长率a50，加工硬化指数值(n90)及塑性应变比值(r90)。拉伸性能按照gb/t228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(rp0.2)为230mpa，抗拉强度(rm)为410pa，延伸率(a50)为40.0％，n90为0.23、r90为2.10，符合390mpa级冷轧汽车结构钢板的技术条件要求。
对比例
制备方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为c：0.0033％，si：0.01％，mn：0.38、nb：0.040、ti：0.018、n：0.0035、p：0.0017、s：0.005、als：0.046，其余为fe，(wt,％)。并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1214℃，终轧温度为915℃，卷取温度为726℃，热轧厚度3.75mm，酸轧厚度1.0mm，冷轧压下率73.3％，。钢带加热段温度745℃，退火均热温度828℃，过时效段(oas段)温度390℃，二次冷却段终冷温度100℃，平整延伸率0.6％。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度rp0.2、抗拉强度rm、伸长率a50，加工硬化指数值(n90)及塑性应变比值(r90)。拉伸性能按照gb/t228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(rp0.2)为190mpa，抗拉强度(rm)为385mpa，延伸率(a50)为45.0％，n90为0.23、r90为2.30，力学性能不符合390mpa冷轧汽车结构钢板的技术条件要求。