一种新型高扩孔冷轧DH1180钢及其制备方法与流程

一种新型高扩孔冷轧dh1180钢及其制备方法
技术领域
1.本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种短流程、低成本新型高扩孔冷轧 dh1180钢及其制备方法。


背景技术：

2.在汽车行业，对车身轻量化、排放限制、安全标准均已提出了更高的要求， 为了更好地服务用户，汽车行业对成形性高的零配件需求越来越多。传统双相钢 难以满足高拉延性的复杂冲杯件要求，trip钢由于高合金含量带来昂贵的生产 成本而限制了其广泛使用。dh钢是dual phase steels with improved formability 的英文简称，最早由2016年德国汽车工业协会发布的vda239-100冷成形钢板 标准中提及。dh钢由于引入一定量的残余奥氏体而具有良好的成形性能，可以 克服dp钢和trip钢在上述应用过程中存在的不足，进而使得其在未来钢材应 用市场中具有显著的优势。
3.专利文献cn112095046b公开了一种超高强度冷轧dh1180钢及其制备方 法，其主要化学成分为：c：0.18％～0.25％，mn：1.8％～2.8％，si：0.5％～ 1.4％，al：0.02％～1.4％，cr：0.03～0.60％，mo：0.04％～0.4％，ti：0.002％～ 0.1％，p≤0.03％，s≤0.03％，v≤0.05％，nb≤0.1％，且si+al：0.8％～2.0％， mo+ti：0.10％～0.50％，余量为铁和不可避免的杂质。该发明制备出强度级别 1180mpa级冷轧dh钢，其抗氢脆性能和成形性能优异，然而cr、mo、nb和v 等贵金属的大量使用将显著提高该发明产品的合金成本，且采用传统冷轧-连退 工艺，生产工序十分复杂繁琐。
4.专利文献cn113403550a公开了一种高塑性耐疲劳的冷轧热镀锌dh1180钢 板及制备方法，其主要化学成分为：c：0.16％～0.25％，mn：1.8％～2.6％， si：0.2％～0.8％，al：0.50％～1.5％，cr:0.10％～0.60％，cu:0.10％～0.70％， p≤0.01％，s≤0.01％，n≤0.003％，nb：0.005％～0.15％，v：0.005％～0.15％， ti：0.005％～0.15％，余量为铁和不可避免的杂质。该发明制备出强度级别 1180mpa级冷轧热镀锌dh钢，其塑性和耐疲劳服役性能优异，然而cr、cu、nb和v等贵金属的大量使用将显著提高该发明产品的合金成本，且采用传统冷 轧-热镀锌的生产工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种满足产品基础性能指标 的同时，既可降低合金成本，也能缩短在传统产线生产流程的新型高扩孔冷轧 dh1180钢及其制备方法，该发明技术可以为广大钢铁公司和汽车厂家在降本增 效上提供可靠技术方案。
6.本发明目的是这样实现的：
7.一种新型高扩孔冷轧dh1180钢，该钢的成分按重量百分比计如下：c： 0.15％～0.25％，mn：1.80％～2.80％，si：0.20％～2.00％，al：0.5％～5.0％，p ≤0.01％，s≤0.01％，n≤0.005％，ti：0.010％～0.150％，ca：0.005％～0.150％， mg：0.002％～0.150％，其中al/si：1.0～3.0；c/ti：2～10；ca+mg：0.05～0.20％； 余量为fe和不可避免
的杂质。
8.所述钢屈服强度≥850mpa，抗拉强度1180～1300mpa，a50断后伸长率≥ 15％，扩孔率≥30％；满足汽车的低成本和优异延展和成形性能的要求。
9.所述钢的显微组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体；其中，上述组织按体积 百分比计如下：铁素体10％～40％，马氏体50％～80％，残余奥氏体4％～15％。
10.本发明成分设计理由如下：
11.c：碳元素通过固溶强化来保障钢材的强度要求，足量的碳元素有助于稳定 奥氏体，进而改进了钢材的成形性能。c元素含量过低，不能获得本发明中钢材 的力学性能；含量过高会使钢材脆化，存在延迟断裂风险。因此，本发明中将c 元素的含量控制为0.15％～0.25％。
12.mn：锰元素是钢中的奥氏体稳定元素，可以扩大奥氏体相区，降低钢的临 界淬火速度，同时，还可以细化晶粒，有助于固溶强化来提高强度。mn元素含 量过低，过冷奥氏体不够稳定，降低钢板的塑性和韧性等加工性能；mn元素含 量过高，会导致钢板焊接性能变差，且生产成本上升，不利于工业化生产。因此， 本发明中将mn元素含量控制为1.80％～2.80％。
13.si：硅元素在铁素体中具有一定的固溶强化作用，确保钢材具有足够的强度， 同时，si还可以抑制残余奥氏体分解和碳化物析出，减少钢中的夹杂。si元素 含量过低，起不到强化的作用；si元素含量过高，会降低钢板的表面质量以及焊 接性能。因此，本发明中将si元素的含量控制为0.20％～2.00％。
14.al：铝元素有助于钢液脱氧。还可以抑制残余奥氏体分解和碳化物析出，并 加速贝氏体转变来提高协调变形能力。al元素含量过高，不仅会提高生产成本， 还会导致连铸生产困难等。因此，本发明中将al元素含量的范围控制在 0.50％～5.00％，且满足al/si：1.0～3.0。
15.p：p元素是钢中的有害元素，严重降低钢材的塑性及变形性能，其含量越 低越好。考虑到成本，本发明中将p元素含量控制在p≤0.01％。
16.s：s元素是钢中的有害元素，严重影响钢材的成形性，其含量越低越好。 考虑到成本，本发明中将s元素含量控制在s≤0.01％。
17.n：n元素是钢中的有害元素，严重影响钢材的综合性能，其含量越低越好。 考虑到成本，本发明中将n元素含量控制在n≤0.005％。
18.ti：微合金化元素ti通过细晶强化和析出强化来提高材料的综合性能，为 了控制生产成本，本发明中将ti元素含量控制在0.010％～0.150％，且满足 c/ti:2～10。
19.ca：少量钙元素的添加是因为ca元素价格低廉，将其加入母合金中可用作 脱氧剂和孕育剂，起到微合金化作用进而可以显著细化晶粒，提高钢材塑性和焊 接性能等综合性能；同时ca元素具有良好的脱硫效果，可改变非金属夹杂物的 成分、数量和形态，能改善抗氢致裂纹性能和抗层状撕裂性能，可延长零件的使 用寿命。为了控制生产成本，本发明中将ca元素含量控制在0.005％～0.150％。
20.mg：镁元素在钢铁中是一种良好的脱氧剂、脱硫剂和球化剂，mg能使钢中 夹杂物数量减少、尺寸变小、分布均匀、形态改善。微量镁能改善dh钢的碳化 物尺寸及分布，促进碳化物颗粒细小均匀。为了控制生产成本，本发明中将mg 元素含量控制在0.002％～
0.150％，本发明中ca与mg两种元素搭配使用，且满 足ca+mg：0.05～0.20％。
21.本发明技术方案之二是提供一种新型高扩孔冷轧dh1180钢的制备方法，包 括转炉冶炼、中薄板坯连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、光整；
22.转炉冶炼：通过转炉进行冶炼，得到按质量百分比计，满足下述成分要求的 钢水，c：0.15％～0.25％，mn：1.80％～2.80％，si：0.20％～2.00％，al：0.5％～5.0％，p≤0.01％，s≤0.01％，n≤0.005％，ti：0.010％～0.150％，ca：0.005％～0.150％， mg：0.002％～0.150％，其中al/si：1.0～3.0；c/ti：2～10；ca+mg：0.05～0.20％； 余量为fe和不可避免的杂质，钢水温度在1600～1700℃。
23.中薄板坯连铸连轧：浇铸温度在1530～1580℃，铸机拉速为0.8～3.0m/min， 连铸坯厚度在60～115mm之间。铸坯拉出切割后直接入炉，加热温度控制在 1100～1300℃，保温时间为30～120min，开轧温度为1000～1150℃之间，终轧温度 在800～900℃之间，卷取温度在500～600℃之间。热轧钢板厚度规格为2.0～4.5mm， 产品热轧钢板显微组织由20％～50％(体积比)铁素体，30％～60％(体积比)珠光体， 10％～30％(体积比)贝氏体，其余为少量渗碳体组成；总和为100％。
24.酸洗冷轧：冷轧前热轧钢卷通过酸液去除表面的氧化铁皮，冷轧压下率为 40％～60％。压下率过高，会导致变形抗力过大，难以轧制到目标厚度；压下率 过低，会导致冷轧钢板的延伸率下降。
25.连续退火：带速控制在60～150m/min，均热段温度为800～950℃，均热时间 为10～600s，缓冷出口温度为700～760℃，快速冷却速率大于30℃/s，快冷出口 温度为300～450℃；
26.光整：无须进行时效处理直接空冷进入光整，光整过程采用轧制力控制，轧 制力控制在2000～4000kn，轧制张力为1000～2000kn。
27.冷轧连退产品的显微组织为10％～40％铁素体，50％～80％马氏体和4％～15％ 残余奥氏体。均热段温度为800～950℃，若均热段温度过高，由于奥氏体化趋于 完全而铁素体比例不足，将降低钢材的延展性；如果退火温度过低，最终材料的 软相铁素体比例过高会大幅降低材料的强度。均热时间为10～600s，若均热时间 过长，会导致钢板晶粒粗大，退火时间过短，钢板来不急完成退火和再结晶过程， 导致钢板伸长率下降。
28.通过上述方法可以得到新型高扩孔冷轧dh1180钢材，其屈服强度≥ 850mpa，抗拉强度1180～1300mpa，a50断后伸长率≥15％，扩孔率≥30％。
29.本发明有益效果在于:
30.(1)本发明生产的新型高扩孔冷轧dh1180钢是通过优化合金成分设计， 以c、mn、si为主要元素，未添加cr、mo、nb、v等贵金属元素，合金成本 十分低廉。
31.(2)本发明生产的新型高扩孔冷轧dh1180钢采用转炉冶炼—中薄板坯连 铸连轧—酸洗冷轧—连续退火—光整的生产工艺，在传统的产线上即可实现汽车 用dh980钢的工业化生产，不需要添加新的生产设备；但本发明中通过中薄板 坯连铸连轧工艺替代原连铸-热送热装-加热-热轧-卷取工序和在连续退火工艺中 节约了时效工序，显著缩短dh钢工艺流程且生产稳定，产品制造成本大幅降低。
32.(3)本发明制备的新型高扩孔冷轧dh1180钢，其屈服强度为≥850mpa， 抗拉强度1180～1300mpa，a50断后伸长率≥15％，扩孔率≥30％，在保证本产 品短流程低成本的同
时兼顾优异的塑性和扩孔性能等优点。
33.(4)本发明生产的新型高扩孔冷轧dh1180钢是在传统冷轧双相钢的基础 上增加了一定比例的残余奥氏体，在相变诱导塑性(trip)效应作用下，实现其高 延展和高成形性能的特点。
34.(5)本发明生产的新型高扩孔冷轧dh1180钢热轧钢板显微组织体积百分 比计如下：20％～50％铁素体，30％～60％珠光体，10％～30％贝氏体，其余为少量 渗碳体组成；总和为100％；冷轧连退产品的显微组织为10％～40％铁素体， 50％～80％马氏体和4％～15％残余奥氏体，总和为100％。
附图说明
35.图1为本发明钢实施例1典型工程应力应变曲线。
具体实施方式
36.下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
37.本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行转炉冶炼、中薄板坯连铸连轧、 酸洗冷轧、连续退火、光整。
38.转炉冶炼：钢水温度在1600～1700℃；
39.中薄板坯连铸连轧：浇铸温度在1530～1580℃，铸机拉速为0.8～3.0m/min， 连铸坯厚度60～115mm；铸坯拉出切割后直接入炉，加热温度控制在 1100～1300℃，保温时间为30～120min，开轧温度为1000～1150℃，终轧温度在 800～900℃，卷取温度在500～600℃；
40.酸洗冷轧：冷轧压下率为40％～60％；
41.连续退火：带速控制在60～150m/min，均热段温度为800～950℃，均热时间 为10～600s，缓冷出口温度为700～760℃，快速冷却速率大于30℃/s，快冷出口 温度为300～450℃
42.光整：光整过程轧制力控制在2000～4000kn，轧制张力为1000～2000kn。
43.进一步；中薄板坯连铸连轧后热轧钢板厚度为2.0～4.5mm，热轧态钢板显微 组织为铁素体+珠光体+贝氏体+少量渗碳体；上述组织安提价百分比计如下：铁 素体20％～50％，珠光体30％～60％，贝氏体10％～30％，其余为少量渗碳体。
44.本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢连铸连轧的主要工艺参数见 表2。本发明实施例钢冷轧退火的主要工艺参数见表3。本发明实施例钢的性能 见表4。本发明钢显微组织见表5。
45.表1本发明实施例钢的成分(wt％)
46.实施例cmnsialal/sipsntic/ticamgca+mg10.182.310.320.762.40.0020.0030.0020.0315.80.0120.0430.05520.212.040.470.811.70.0080.0010.0010.0258.40.0350.0670.10230.201.890.781.281.60.0040.0040.0010.0484.20.0720.0280.10040.231.810.862.412.80.0010.0010.0020.0524.40.1270.0520.17950.172.270.670.981.50.0030.0020.0010.0712.40.0460.0430.08960.162.161.233.182.60.0040.0010.0020.0384.20.0530.0380.09170.221.830.581.212.10.0030.0030.0010.0278.10.1120.0140.126
80.242.090.490.561.10.0040.0020.0010.0435.60.0720.0230.09590.152.431.844.322.30.0050.0040.0010.0443.40.1420.0340.176
47.注：c/ti和al/si无单位
48.表2本发明实施例钢连铸连轧的主要工艺参数
[0049][0050]
表3本发明实施例钢冷轧退火的主要工艺参数
[0051][0052]
表4本发明实施例钢的性能
[0053][0054]
表5本发明钢显微组织
[0055][0056]
本发明制备的新型高扩孔冷轧dh1180钢，其屈服强度≥850mpa，抗拉强 度1180～1300mpa，a50断后伸长率≥15％，扩孔率≥30％，在保证本产品短流 程低成本的同时兼顾优异的塑性和扩孔性能等优点。
[0057]
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明， 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发 明的专利保护范围应由权利要求限定。