一种120公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法与流程

本发明涉及一种金属材料及其制造方法，尤其涉及一种120公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球能源危机和环境问题的加剧，节能和安全成为了汽车制造业的主要发展方向，其中降低车重便是节能和减少排放的重要措施之一。而在实际应用过程中，由于高强度双相钢具有良好的机械性能和使用性能，其能够有效适用于车辆结构件的生产制造。

2、当前，随着超高强钢的发展以及目前市场的变化，市场和用户普遍期望高强钢具有良好的经济型以及更优的性能。目前1180mpa级的低合金钢使用量较少，但随着汽车行业减重节能的趋势不断发展，国内外特别是国内钢厂水平的迅速进步，未来双相钢的发展，必然会是以低成本和高性能综合为主，其也会进一步扩大1180mpa级的低合金钢应用的种类和数量。

3、在当前现有技术中，针对1180mpa级钢材，当前研究人员已经进行了部分研究，并已经取得了一定的研究成果。

4、例如：公开号为cn108193139a，公开日为2018年6月22日，名称为“1180mpa级汽车用冷轧高强双相钢及其生产方法”的中国专利文献，公开了一种1180mpa级汽车用冷轧高强双相钢及其生产方法，其化学成分组成及重量百分含量为：c 0.10～0.13％，si 0.45～0.68％，mn 2.25～2.55％，p≤0.02％，s≤0.008％，ti 0.10～0.14％，cr 0.40～0.65％，mo 0.17～0.21％，n≤0.0050％，als 0.025～0.060％，余量为fe和不可避免的杂质。该技术方案所设计的双相钢通过采用c、mn、cr和mo等元素提高钢的淬透性和带钢强度，同时采用ti进行微合金化，利用细晶强化效果提高屈服强度，采用si提高延伸率；这样通过合理的成分设计，在达到超过强度的同时，保持了较好的延伸率，避免了nb元素过多所导致的延伸率下降。但是，研究发现，该技术方案的双相钢在化学成分设计中采用了较高的cr、mo含量，其成本较高。

5、又例如：公开号为cn109207847a，公开日为2019年1月15日，名称为“一种低碳当量高扩孔率1180mpa级冷轧钢板及其制造方法”的中国专利文献，公开了一种低碳当量高扩孔率1180mpa级冷轧钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为：c：0.1％～0.15％，si：0.1％～0.4％，mn：1.5％～2.0％，al：0.01％～0.05％，mo：0.25～0.5％，ti：0.08～0.16％，余量为fe和不可避免杂质。本发明所述的钢板通过化学成分和制造工艺的合理设计，保证了钢板在低碳当量条件下达到1180mpa级抗拉强度，且组织包括均匀弥散分布的纳米级析出物以获得较高的析出强化作用和优良的扩孔率。但是该技术方案的钢材在化学成分设计时同样采用了较高的mo含量，其成本较高。

6、再例如：公开号为cn109207841a，公开日为2019年1月15日，名称为“一种低成本高成型性1180mpa级冷轧退火双相钢板及其制造方法”的中国专利文献，公开了一种低成本高成型性1180mpa级冷轧退火双相钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为：c：0.1％～0.125％，si：0.4％～0.8％，mn：2.6％～2.9％，al：0.01％～0.05％，nb：0.01～0.03％，ti：0.01～0.03％，余量为fe和不可避免杂质。本发明所述的双相钢板通过合金元素和制造工艺的合理设计，保证了钢板在低成本前提下达到1180mpa级强度；获得细小均匀的马氏体+铁素体双相组织以保证延伸率和冷弯性能上表现优良，其具有较好成型性。然而该双相钢在化学成分设计中采用了较高的mn含量，其成本较高，同时会造成严重的带状组织，并导致力学性能的不均匀性。

7、由此可见，现有1180mpa双相钢的专利技术，有的虽然涉及较好的成型性能，但大多含有较多的cr、mo、mn等合金含量，其并不利于钢的焊接性、表面质量和磷化性能，同时还会导致成本升高。

8、因此，为了满足当前市场需求，本发明期望开发出一种兼具经济性以及优异力学性能的120公斤级冷轧低合金退火双相钢。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种120公斤级冷轧低合金退火双相钢，该120公斤级冷轧低合金退火双相钢兼具经济性以及优异的力学性能，其在不添加mo、cr元素的前提下，仍然具有高强度以及优异的延伸率和扩孔率，其屈服强度≥820mpa，抗拉强度≥1200mpa，a50标距断裂延伸率≥8％，扩孔率λ≥45％，有着十分良好的推广前景和应用价值。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种120公斤级冷轧低合金退火双相钢，其含有fe及不可避免的杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

3、0.13％＜c≤0.15％，si：0.5％～0.8％，mn：1.8％～2.0％，al：0.01％～0.03％，nb：0.01～0.03％，ti：0.01～0.03％，b：0.0020～0.0030％；

4、其化学元素不含有mo和cr；

5、所述120公斤级冷轧低合金退火双相钢的微观组织为马氏体+铁素体。

6、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其各化学元素质量百分含量为：

7、0.13％＜c≤0.15％，si：0.5％～0.8％，mn：1.8％～2.0％，al：0.01％～0.03％，nb：0.01～0.03％，ti：0.01～0.03％，b：0.0020～0.0030％，余量为fe和其他不可避免的杂质。

8、在本发明中，发明人采用的是以c-si-mn为主的成分体系，以保证所获得的冷轧低合金退火双相钢可以达到1200mpa级强度。该双相钢在化学成分设计中，不添加mo、cr等贵重合金元素，其可以有效保证经济型；此外，本发明在化学成分设计时还添加并利用了微量的高淬透性元素b，以起到进一步降低mn含量的效果；另外，钢中还添加有微量的nb、ti，以达到抑制奥氏体晶粒长大的效果，从而有效细化晶粒。

9、在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，各化学元素的设计原理具体如下所述：

10、c：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，添加c元素可以提高钢材的强度，并提高马氏体的硬度。若钢中c的质量百分含量低于0.13％，则钢板的强度会受到影响，并且不利于奥氏体的形成量和稳定性；而当钢中c元素的质量百分含量高于0.15％，则会造成马氏体硬度过高，晶粒尺寸粗大，并不利于钢板的成型性能，同时碳当量过高，不利于焊接使用。由此，为了确保钢材的性能，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，具体将c元素的质量百分含量控制为0.13％＜c≤0.15％。

11、si：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，钢中添加si元素可以提高钢材的淬透性，并且钢中固溶的si可以影响位错的交互作用，从而增加加工硬化率，其可以适当提高双相钢的延伸率，并有益于获得较好的成型性。但需要注意的是，钢中si元素含量也不宜过高，当钢中si元素的质量百分含量过高时，会不利于钢板表面质量的控制。因此，为了发挥si元素的有益效果，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将si元素的质量百分含量控制在0.5％～0.8％之间。

12、mn：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，添加mn元素不仅有利于提高钢材的淬透性，其还可以有效提高钢板的强度。当钢中mn元素的质量百分含量低于1.8％时，则钢板的强度不足；而当钢中mn元素的质量百分含量高于2.0％时，则钢板的强度过高，会使得其成型性能下降。因此，考虑到mn元素的有益效果，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将mn元素的质量百分含量控制在1.8％～2.0％之间。

13、al：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，al元素的添加可以起到脱氧作用和细化晶粒的作用。另一方面，钢中al元素的含量越低，则越有利于冶炼的可浇性。为此，为了发挥al元素的有益效果，在本发明中，将al元素的质量百分含量控制在0.01％～0.03％之间。

14、nb：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，nb元素是细化晶粒的重要元素，在微合金钢中加入少量的强碳化物形成元素nb后，在控制轧制过程中，可以应变诱导析出相通过质点钉扎和亚晶界的作用而相当显著的降低变形奥氏体的再结晶温度，提供形核质点，其对细化晶粒作用明显；此外，在连续退火奥氏体化过程中，均热未溶的碳、氮化物质点将通过质点钉扎晶界机制而阻止均热奥氏体晶粒的粗化，从而有效细化晶粒。基于此，为了发挥nb元素的有益效果，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，具体将nb元素的质量百分含量控制在0.01～0.03％之间。

15、当然，在一些优选的实施方式中，为了实现更优的实施效果，可以进一步优选地将nb元素的质量百分含量控制在0.015～0.025％之间。

16、ti：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，添加的强碳化物形成元素ti在高温下也显示出一种强烈的抑制奥氏体晶粒长大的效果，同时ti元素的添加也有助于细化晶粒。因此，为发挥ti元素的有益效果，在本发明中，具体将ti元素的质量百分含量控制在0.01～0.03％之间。

17、当然，在一些优选的实施方式中，为了实现更优的实施效果，可以进一步优选地将ti元素的质量百分含量控制在0.015～0.025％之间。

18、b：在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，添加b元素不仅有利于提高钢的淬透性，其还可以有效提高钢板的强度。当钢中b元素的质量百分含量低于0.0020％时，其同样会引起钢板的强度不足；而当钢中b元素的质量百分含量高于0.0030％时，则同样也会导致钢板的强度过高，并使得其成型性能下降。因此，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，将b元素的质量百分含量控制在0.0020～0.0030％之间。

19、在上述成分设计中，本发明所设计的这种冷轧低合金退火双相钢中并未添加mo、cr等贵重合金元素，其具有十分优异的经济性。同时，为了保证双相钢在40-100℃/s正常连续退火气体冷却速度下可以获得1200mpa级的抗拉强度，其化学成分设计中需要保证c、mn、b的合金添加含量，以提供足够的淬透性。然而，需要注意的是，该双相钢中的c、mn、b合金元素的含量也需要有上限控制，以保证优良的焊接性能及成型性能，并避免强度超出上限。

20、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，在不可避免的杂质中，p≤0.01％，s≤0.002％，n≤0.005％。

21、在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，p元素、s元素和n元素均为钢中的杂质元素，在钢中p、n和s元素含量越低，实施效果越好。具体来说，s元素所配合形成的mns会严重影响钢材的成形性能，而n元素则容易导致板坯表面产生裂纹或气泡。因此，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低钢中杂质元素的含量，并具体控制钢中p、s、n元素满足：p≤0.01％，s≤0.002％，n≤0.005％。

22、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其各化学元素的质量百分含量满足下述各项的至少其中一项：

23、nb：0.015～0.025％，

24、ti：0.015～0.025％。

25、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其中马氏体的体积百分比含量≥75％。

26、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其淬透性因子yq满足：2.2≤yq≤2.6，其中yq＝mn+200×b，式中的各化学元素代入质量百分号前面的数值。

27、在本发明所设计的这种120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，b元素与mn元素的复合作用可以使钢材达到较好的强度效果。为使得最终的强度达到要求，在本发明在控制单一mn、b化学元素质量百分含量的同时，还可以进一步控制mn、b的质量百分含量满足：2.0≤yq≤2.4，其中yq＝mn+200×b。

28、但需要注意的是，在合金设计中，mn含量是影响整体成本的最大当量，故而本发明利用mn-b的综合淬透性，通过添加适量b，可进一步降低mn的合金设计量，从而有利于减低成本，同时更有利于现场生产的可制造性提升。

29、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其中马氏体和铁素体的粒径均不大于5微米。

30、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其中马氏体经回火后晶粒内部存在大量粒径≤0.2μm的碳化物沉淀。

31、进一步地，在本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢中，其特征在于，其屈服强度≥820mpa，抗拉强度≥1200mpa，a50标距断裂延伸率≥8％，扩孔率λ≥45％。

32、相应地，本发明的又一目的在于提供上述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢的制造方法，该制造方法实施方便且简单，采用该制造方法制得的120公斤级冷轧低合金退火双相钢具有高强度以及优良的延伸率和扩孔率，其屈服强度≥820mpa，抗拉强度≥1200mpa，a50标距断裂延伸率≥8％，扩孔率λ≥45％。

33、为了实现上述目的，本发明提出了上述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢的制造方法，其包括步骤：

34、(1)冶炼和铸造；

35、(2)热轧；

36、(3)冷轧；

37、(4)退火：退火均热温度为825～855℃，退火时间为40～200s，然后以3～5℃/s的速度冷却到快冷开始温度，接着以40～100℃/s的速度快速冷却，其中快冷开始温度为735～760℃，快冷结束温度为265～290℃；

38、(5)回火；

39、(6)平整。

40、进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，退火均热温度为830～840℃。

41、在本发明所设计的这种技术方案中，在某些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，使获得的晶粒尺寸更加细小，获得的钢的机械性适中，成型性能更优，可以进一步优选地将退火均热温度控制在830-840℃之间。

42、进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，将连铸坯先加热至1160～1190℃，保温150min以上，然后在850～890℃进行热轧终轧，轧后以30～80℃/s的速度快速冷却；接着进行卷取，卷取温度为500～540℃；卷取后采用保温罩进行热卷保温处理，控制保温罩内温度为450～600℃，保温完毕后将钢卷空冷至室温。

43、在本发明上述技术方案中，采用保温罩进行热卷保温处理，保温时间可以根据需求进行具体设计。例如，在某些实施方式中，可以具体将保温时间控制为1-4h。

44、进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，控制冷轧压下率为50～70％。

45、进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)中，控制回火温度为265～290℃，回火时间为100～400s。

46、进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，控制平整压下率≤0.3％。

47、相较于现有技术，本发明所述的120公斤级冷轧低合金退火双相钢及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：

48、本发明开发了一种新的120公斤级冷轧低合金退火双相钢，其通过合理的化学成分设计并配合优化的制造工艺，能够在不添加mo、cr这些硅合金元素的前提下，得到抗拉强度大于1200mpa的马氏体+铁素体双相组织的钢板。该120公斤级冷轧低合金退火双相钢具有细小均匀的马氏体+铁素体双相组织，同时回火马氏体晶粒内部存在大量粒径≤0.2μm的碳化物沉淀，最终钢板延伸率表现优良，具有较好冲压成型性和翻边特性。

49、采用本发明所设计制备的120公斤级冷轧低合金退火双相钢在具有良好经济性的同时，还具有高强度以及优良的延伸率、扩孔率的特性，其屈服强度≥820mpa，抗拉强度≥1200mpa，a50标距断裂延伸率≥8％，扩孔率λ≥45％。该120公斤级冷轧低合金退火双相钢生产制备简单，其有着十分良好的推广前景和应用价值，可以有效满足市场和用户的需求。