一种高扩孔性高拉延性高强度钢板及其制造方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高扩孔性高拉延性高强度钢板及其制造方法。

背景技术：

随着汽车不断轻量化，高强度钢的应用比例越来越高，对于980mpa级的先进高强度钢来说，由于薄钢板扩孔率低导致钢板冲压零部件时开裂，同时，拉延性也难以满足复杂零部件冲压要求。

关于具有高扩孔性高拉延性高强度钢板的研究，专利cn105925888a公开的宝钢股份有限公司申请号为201610450215.2的“一种980mpa级热轧高强度高扩孔钢及其制造方法”的发明专利，该钢化学成分质量百分比（wt%）为：c：0.20～0.30%，si：1.0～2.0%，mn：1.0～2.0%，p≤0.02%，s≤0.005%，o≤0.003%，al：0.5～1.0%，n≤0.006%，nb：0.01～0.06%，ti：0.08～0.20%，其余为fe和不可避免的杂质，且需满足0.10%≤nb+ti≤0.25%，2.5≤al/c≤5.0。该发明高强度高扩孔钢的组织为铁素体和贝氏体，其中，铁素体所占体积分数为20～35%，贝氏体所占体积分数为65～80%。该发明的材料屈服强度≥700mpa，抗拉强度≥980mpa，延伸率≥15%，扩孔率≥40%。如此高的屈服强度，相应的成形模具强度要求更高，给模具的成本带来压力。该钢成品为热轧材，厚度规格为3～6mm，如此厚规格的钢板难以在轿车加强件上应用来满足轻量化要求。另外，该钢未给出应变硬化指数即n值，由屈强比可以看出该钢的n值不会高于0.15，导致其拉延性难以满足汽车复杂结构件和加强件的冲压要求。专利cn109280854a公开的攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司公开申请号为201811429155.1的“980mpa低碳冷轧双相钢及其制备方法”的发明专利，该发明低碳冷轧双相钢的化学成分质量百分比（wt%）为：c：0.05～0.10%，si：0.30～0.70%，mn：2.0～2.5%，cr：0.40～0.80%，al：0.01～0.06%，v：0.05～0.15%，p≤0.020%，s≤0.010%，n≤0.006%。其微观组织为铁素体和马氏体。其屈服强度570～650mpa，抗拉强度1000～1080mpa，延伸率10～15%。该发明材料成品为冷轧材，但从其微观组织可以得出，其扩孔率难以满足复杂汽车零部件要求，主要是铁素体为软相，马氏体为硬相，二者的硬度差距大，难以协同变形，导致冲孔过程中开裂现象发生，另外，其并未给出应变硬化指数，从其给出的延伸率并不高可以看出，其材料拉延性不足，冲压复杂零部件易发生开裂现象。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高扩孔性高拉延性高强度钢板及其制造方法。该发明通过合理的化学成分设计和生产工艺控制，钢板具有高强度、高扩孔性和高拉延性，同时具有良好的涂镀覆性能和耐腐蚀性，可用于制造轿车a柱加强板、b柱加强板、座椅安装横梁、上边梁加强板等部件，是中高端汽车零部件理想用材。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种高扩孔性高拉延性高强度钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.11～0.16%，si：0.83～0.99%，mn：1.81～1.99%，p：0.013～0.017%，s≤0.008%，al：0.12～0.17%，nb：0.007～0.011%，ti：0.023～0.027%，v：0.013～0.027%，er：0.02～0.05%，ni：0.21～0.27%，co：0.05～0.09%，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明为了保证综合性能优良，各元素含量限定基本原理如下：

c：可以稳定奥氏体组织和利用固溶体硬化强化基体。c在奥氏体中的固溶度比在铁素体中高得多，为此，本发明采用了中c含量的控制方案。如果c含量过低，钢的强度难以保证；c含量过高，钢的塑性和冲击性能会降低。

si：抑制渗碳体形成，促进贝氏体中碳向残余奥氏体中转移，稳定残余奥氏体，同时，si能够起到固溶强化作用，提高钢的强度，si含量过低，无法起到上述作用，si含量过高，材料表面质量差，钢材热轧时也易产生边裂现象，同时si促进材料发生马氏体相变。

mn：是常规的强韧化元素，作为奥氏体形成元素，扩大奥氏体区，降低终轧温度，推迟奥氏体转变，还可以同时起到稳定残余奥氏体的作用。但mn元素含量太高，一方面增加成本，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。

p：在本发明中，p具有与si类似的作用，但含量过高影响焊接性能。

s：含量在钢中越低越好，避免对本发明的钢铁材料产生裂纹和焊接的不利影响。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。

al：增加奥氏体的层错能，抑制马氏体相变，同时，具有与si类似的作用。al含量过高，工业化生产时，会严重堵塞炼钢工序中结晶器水口，同时，al含量过高，在热轧时由于和si元素共同作用，产生严重边裂现象。

nb、ti、v是一种强碳氮化物形成元素，有利于析出强化，并且可以阻止高温奥氏体过分长大，但含量过高，容易导致碳氮化物偏聚，其加工性变差，同时，增加了材料成本。

er：在本发明中，起到增强基板的涂镀覆性能和避免金属间化合物的形成。

ni和co：在本发明中，起到了增强钢的强韧性和耐腐蚀作用。

本发明所述钢板厚度为0.6～2.5mm，钢板组织由50～60%低碳贝氏体、30～40%高碳铁素体和5～15%高碳残余奥氏体组成。

本发明所述钢板屈服强度585～635mpa、抗拉强度1050～1110mpa、延伸率17～21%、应变硬化指数n值：0.15～0.20、扩孔率≥50%。

本发明还提供了一种高扩孔性高拉延性高强度钢板的制造方法，所述制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序；所述热轧工序，热轧时粗轧温度控制在1093～1113℃，终轧温度控制在877～887℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在2.5～5.5mm，卷取温度控制在566～589℃；所述退火处理工序，采用连续退火处理，均热温度803～815℃，冷却段冷速29～35℃/s。

本发明所述冶炼工序，冶炼钢水出钢结束温度控制在1651～1667℃，便于后续中包过热度控制在适当的范围。

本发明所述连铸工序，采用氩气保护浇铸。

本发明所述加热工序，板坯加热温度控制在1217～1229℃，板坯加热时间控制在167～195min。该工序参数设定利于微合金元素充分固溶，满足发明材料性能指标。

本发明热轧工序，终轧温度实现单一奥氏体区轧制而避免混晶组织出现；卷取温度可以实现化合物的充分析出，同时保证钢板合适的晶粒尺寸。

本发明所述冷轧工序，控制冷轧总压下率为54.5～76%，冷轧板厚控制在0.6～2.5mm。

本发明退火处理工序，温度和冷速的控制可以保证碳化物的充分析出和适当比例的不同微观组织的形成，以实现钢板的综合力学性能。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明钢板组织含有50～60%的低碳贝氏体、30～40%的高碳铁素体和5～15%的高碳残余奥氏体，钢板在成形过程中扩孔性能优良、成形性好，无开裂现象；同时，残余奥氏体在变形过程中发生马氏体相变，使钢板强度进一步提高，由于弯曲变形应力的释放，变形后零件尺寸保持稳定，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，零件焊接过程中未发生裂纹及开裂，具有良好的焊接性能。2、本发明钢板通过合理的化学成分设计和生产工艺控制，具有高强度、高扩孔性和高拉延性；同时，因化学成分设计中添加了避免金属间化合物的形成元素er辅以nb和ti元素，起到增强基板的涂镀覆性能作用；另外，添加了ni和co元素，起到了增强钢板的耐腐蚀作用。3、本发明钢板屈服强度585～635mpa，抗拉强度1050～1110mpa，延伸率17～21%，应变硬化指数n值：0.15～0.20，扩孔率≥50%，解决了传统高强钢在冲压成形过程中因扩孔率低导致的钢板开裂和因拉延性不足导致的冲压开裂问题，具有良好的市场应用前景及显著的社会效益和经济效益。4、本发明钢板具有良好的涂镀覆性能和耐腐蚀性，可用于制造轿车a柱加强板、b柱加强板、座椅安装横梁、上边梁加强板等部件，是中高端汽车零部件理想用材。

附图说明

图1为实施例1高扩孔性高拉延性高强度钢板变形后的金相显微组织结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。

实施例1

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为1.0mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1655℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1220℃，板坯加热时间控制在172min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1097℃，终轧温度控制在880～880℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在3.2mm，卷取温度控制在573℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为68.7%，冷轧板厚控制在1.0mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度805℃，冷却段冷速31℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板变形后的金相显微组织结构见图1，由52%低碳贝氏体、35%高碳铁素体和13%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。（实施例2-8高扩孔性高拉延性高强度钢板变形后的金相显微组织结构图与图1类似，故省略）

实施例2

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为1.5mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1662℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1225℃，板坯加热时间控制在181min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1110℃，终轧温度控制在883℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在3.5mm，卷取温度控制在566～582℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为57.1%，冷轧板厚控制在1.5mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度808℃，冷却段冷速34℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由55%低碳贝氏体、37%高碳铁素体和8%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

实施例3

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为1.8mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1660℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1223℃，板坯加热时间控制在185min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1099℃，终轧温度控制在885℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在4.0mm，卷取温度控制在585℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为55%，冷轧板厚控制在1.8mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度811℃，冷却段冷速35℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由58%低碳贝氏体、32%高碳铁素体和10%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

实施例4

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为2.0mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1665℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1218℃，板坯加热时间控制在190min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1112℃，终轧温度控制在878℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在4.7mm，卷取温度控制在570℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为57.4%，冷轧板厚控制在2.0mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度809℃，冷却段冷速30℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由54%低碳贝氏体、37%高碳铁素体和9%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

实施例5

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为2.5mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1658℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1227℃，板坯加热时间控制在192min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1095℃，终轧温度控制在882℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在5.5mm，卷取温度控制在568℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为54.5%，冷轧板厚控制在2.5mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度803℃，冷却段冷速35℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由60%低碳贝氏体、30%高碳铁素体和10%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

实施例6

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为0.8mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1664℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1219℃，板坯加热时间控制在169min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1096℃，终轧温度控制在879℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在3.0mm，卷取温度控制在576℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为73.3%，冷轧板厚控制在0.8mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度815℃，冷却段冷速30℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由57%低碳贝氏体、35%高碳铁素体和8%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

实施例7

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为0.6mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1651℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1229℃，板坯加热时间控制在167min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1113℃，终轧温度控制在877℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在2.5mm，卷取温度控制在589℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为76%，冷轧板厚控制在0.6mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度815℃，冷却段冷速30℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由50%低碳贝氏体、35%高碳铁素体和15%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

实施例8

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板厚度为0.6mm，钢板化学成分组成及其质量百分含量见表1。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板制造方法包括冶炼、连铸、加热、热轧、冷轧、退火处理工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：冶炼钢水出钢结束温度控制在1667℃；

（2）连铸工序：采用氩气保护浇铸；

（3）加热工序：板坯加热温度控制在1217℃，板坯加热时间控制在195min；

（4）热轧工序：热轧时粗轧温度控制在1093℃，终轧温度控制在887℃，热轧工艺中对坯料进行7道次轧制，板厚控制在2.5mm，卷取温度控制在566℃；

（5）冷轧工序：控制冷轧总压下率为76%，冷轧板厚控制在0.6mm；

（6）退火处理工序：采用连续退火处理，均热温度805℃，冷却段冷速29℃/s。

本实施例高扩孔性高拉延性高强度钢板组织由55%低碳贝氏体、40%高碳铁素体和5%高碳残余奥氏体组成；钢板力学性能指标见表2。

表1实施例1-8高扩孔性高拉延性高强度钢板化学成分组成

及其质量百分含量（%）

表1中成分余量为fe和不可避免的杂质。

表2实施例1-8高扩孔性高拉延性高强度钢板力学性能

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。