用薄板坯直接軋制的抗拉強度≥1700MPa薄熱成形鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】用薄板坯直接軋制的抗拉強度≥1700MPa薄熱成形鋼，其組分及wt%：C:0.26～0.30%，Si：0.31～0.35%，Mn：1.3～1.5%，P≤0.008%，S≤0.005%，Als：0.015～0.060%，Cr：0.31～0.35%，Ti：0.031～0.035%或Nb：0.031～0.035%或V：0.031～0.035%或其中兩種以上以任意比例的混合，B：0.003～0.004%，Mo：0.20～0.25%，Ni：0.06～0.10%，N≤0.005%。生產(chǎn)步驟：鐵水脫硫；電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉及精煉；連鑄；入均熱爐前的除鱗處理；均熱；加熱；進(jìn)軋機(jī)之前的高壓水除鱗；軋制；冷卻；卷??；奧氏體化；模具沖壓成形；淬火。本發(fā)明強度高，制造流程短，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，其厚度精度可控制在±0.03mm以內(nèi)，大幅節(jié)約了能源消耗；另外，對于實現(xiàn)汽車輕量化具有重大意義。
【專利說明】
用薄板坯直接軋制的抗拉強度>1700MPa薄熱成形鋼及生產(chǎn) 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車零部件用鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種用薄板坯直接乳 制的抗拉強度彡1700MPa熱成形鋼及生產(chǎn)方法，且適用于生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度0.8至2_。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車工業(yè)發(fā)展及汽車行業(yè)對汽車設(shè)計和制造逐漸向節(jié)能、環(huán)保、安全方向發(fā) 展，汽車輕量化成為當(dāng)前和今后相當(dāng)長一段時間汽車設(shè)計的主流方向。
[0003] 研究發(fā)現(xiàn)，汽車的整車重量和能源消耗成線性關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計，汽車重量每降低10% 則燃油效率可提高6%~8%。汽車輕量化最重要的途徑之一是采用高強度和超高強度鋼，從 而能使在不降低碰撞安全性和舒適性的同時，采能大幅降低汽車整備重量。但隨著強度的 不斷提高，鋼板的成形性能會越來越差，尤其是1700MPa以上的超高強度鋼，在成形過程中 會存在開裂、回彈和零件尺寸達(dá)不到要求的精度等問題，并同時也對沖壓設(shè)備提出了更高 的要求，即需要大噸位的沖壓機(jī)和高耐磨模具，并且對模具的使用周期還有較大的影響。目 前國內(nèi)也沒有能成形1700MPa以上的冷成形沖壓設(shè)備和模具。
[0004] 當(dāng)前，國內(nèi)外現(xiàn)有熱成形鋼的抗拉強度均不能到達(dá)1700MPa及以上，且全部采用冷 乳退火態(tài)或冷乳退火后預(yù)涂層。其生產(chǎn)工藝流程為:脫硫鐵水-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連 鑄-板坯加熱-熱連乳-酸洗+冷連乳-連續(xù)退火-(預(yù)涂層)-精整包裝-落料-加熱- 模具沖壓淬火。存在生產(chǎn)工藝流程較長，成本較高的不足。對于有些抗碰撞或承載部件均采 用多個零件組合構(gòu)件來提高抗碰撞和承載能力，而又導(dǎo)致大大提高原材料成本和加工成 本。
[0005] 隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，中薄板坯連鑄連乳工藝得到了長足發(fā)展，采用中薄板坯連 鑄連乳工藝可以直接乳制生產(chǎn)>2.0~10 mm規(guī)格鋼板及鋼帶，一些原來只能使用冷乳高強 鋼的薄規(guī)格零件或為增加強度采用多個零件組成的構(gòu)建已逐步采用連鑄連乳工藝直接乳 制超高強度鋼板所代替。如中國專利公開號為CN 102965573A的文獻(xiàn)，公開了一種屈服強度 (ReL)彡700MPa，抗拉強度(Rm)彡750MPa的工程結(jié)構(gòu)用高強度鋼，其組分百分含量為:C: 0.15 ~0.25%，SK0.10%，Mn:1.00~1.80%，P:<0.020%，S<0.010%，Ti:0.09~0.20%，Als: 0.02~0.08%，N彡0.008%，其余為Fe及不可避免的夾雜;其生產(chǎn)步驟為冶煉并連鑄成坯，進(jìn) 行均熱，控制均熱溫度在1200~1300°C，均熱時間為20~60min;進(jìn)行乳制，并控制開乳溫度 不低于1200 °C，終乳溫度在870~930 °C;進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為不低于20 °C/s下冷卻 到卷取溫度;進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度在580~650°C。中國專利公開號為CN 103658178A 的專利發(fā)明了一種短流程生產(chǎn)高強度薄帶鋼的方法，所發(fā)明的帶鋼屈服強度多 55010^，抗拉強度（1〇彡60010^，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為 ：(：：0.02~0.15%，3丨：0.20~ 0·6%，Mn:0·2~1·50%，P: 0·02~0·3%，S彡0·006%，Cr:0·40~0·8%，Ni:0·08~0·40%，Cu: 0.3~0.80%，恥：0.010~0.025%，11:0.01~0.03%，厶1:0.01~0.06%，1^:0.02~0.25% ;其余 為Fe和不可避免雜質(zhì)，冶煉后澆鑄成1.0~2. Omm厚的鑄帶，澆鑄速度60~150m/min，進(jìn)行乳 制，控制終乳溫度850~1000°C;采用霧化冷卻，冷卻速度50~100 °C/s，進(jìn)行卷取，控制卷取 溫度為520~660 °C。上述兩文獻(xiàn)的抗拉強度均很低，不能滿足高端汽車車身對1700MPa以上 超高強度的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的強度級別低，不能滿足用戶對超高強度零件需求 的不足，提供一種既可以滿足汽車設(shè)計對超高強度力學(xué)性能的要求，又能順利完成復(fù)雜變 形，且變形后無回彈，零件的尺寸精度高的抗拉強度彡1700MPa熱成形鋼及生產(chǎn)方法。
[0007] 實現(xiàn)上述目的的措施： 用薄板坯直接乳制的抗拉強度多1700MPa薄熱成形鋼，其組分及重量百分比含量為:C: 0.26~0.30%，Si:0.31~0.35%，，Mn:1.3~1.5%，P<0.008%，S<0.005%，Als:0.015~ 0.060%，0:0.31~0.35%，11 :0.031~0.035%或恥：0.031~0.035%或￥:0.031~0.035%或其 中兩種以上以任意比例的混合，B: 0 · 003~0 · 004%，Mo: 0 · 20~0 · 25%，Ni : 0 · 06~0 · 10%，N彡 0.005%，余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；淬火后的金相組織為全板條馬氏體;力學(xué)性能：屈服強 度彡1150 MPa，抗拉強度彡1700MPa，伸長率Aso?彡5%。
[0008] 生產(chǎn)用薄板坯直接乳制的抗拉強度彡1700MPa薄熱成形鋼的方法，其在于：其步 驟： 1) 鐵水脫硫，并控制SS0.00 2%，扒渣后鐵水裸露面不低于96%; 2) 常規(guī)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，及常規(guī)精煉； 3) 進(jìn)行連鑄，控制中包鋼水過熱度在15~30°C，鑄坯厚度在52~55mm，拉坯速度在3.7 ~7.0 m/min; 4) 進(jìn)行鑄坯入均熱爐前的除鱗處理，并控制除鱗水的壓力在300~400 bar; 5) 對鑄坯進(jìn)行常規(guī)均熱，控制均熱爐內(nèi)呈弱氧化氣氛，即使?fàn)t內(nèi)殘氧量在0.5~5.0%; 6) 對鑄坯入進(jìn)行加熱，并控制鑄坯入爐溫度在820~1050°C，出爐溫度為1200~1220 °C； 7) 進(jìn)行進(jìn)乳機(jī)之前的高壓水除鱗，并控制除鱗水壓力在280~420bar; 8) 乳制，并控制第一道次壓下率為:52~63%，第二道次壓下率為:50~60%，末道次壓下 率為：10~16%;控制乳制速度在8~12 m/s;并在第一道次及第二道次之間進(jìn)行中壓水除 鱗，除鱗水壓力為200~280bar;控制終乳溫度在860~900°C ; 9) 進(jìn)行冷卻，冷卻方式為層流冷卻、或水幕冷卻、或加密冷卻的方式冷卻到卷取溫度； 10) 進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度為635~665°C ; 11) 進(jìn)行開卷落料后的奧氏體化，控制奧氏體化溫度在850~920°C，并保溫3~5 min; 12) 模具沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓10~20 s; 13) 進(jìn)行淬火，控制淬火冷卻速度在20~40 °C/s;后自然冷卻至室溫。
[0009] 其在于:所述中薄板坯的乳制過程在乳機(jī)布置形式為6F產(chǎn)線或1R+6F產(chǎn)線、或2R+ 6F產(chǎn)線、或7F產(chǎn)線、或3R+4F產(chǎn)線、或2R+5F產(chǎn)線、或1R+5F產(chǎn)線進(jìn)行。
[0010] 本發(fā)明中各元素及主要工藝的作用及機(jī)理 C:碳是強固溶強化元素，對超高強度的獲得起決定作用，碳含量對最終產(chǎn)品的組織形 態(tài)和性能有較大影響，但是含量太高，在精乳后的冷卻過程中易形成大量的珠光體或貝氏 體、馬氏體，其含量愈高，強度愈高，從而造成塑性降低，進(jìn)行成形前的落料困難。所以在保 證熱處理強化的前提下，碳含量不易過高。故將其含量限定在0.26~0.30%范圍。
[0011] Si:硅有較強的固溶強化效果，可提高鋼的強度，同時，硅能提高鋼的淬透性，有減 少奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時體積變化的作用，從而有效控制淬火裂紋的產(chǎn)生;在低溫回火時 能阻礙碳的擴(kuò)散，延緩馬氏體分解及碳化物聚集長大的速度，使鋼在回火時硬度下降較慢， 顯著提高鋼的回火穩(wěn)定性及強度。所以，將其含量限定在〇. 31~0.35%范圍。
[0012] Mn:錳起固溶強化作用，同時能清除鋼中的FeO,顯著改善鋼的質(zhì)量。還能與硫化物 生成高熔點的MnS，在熱加工時，MnS有足夠的塑性，使鋼不產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，減輕硫的有害作 用，提高鋼的熱加工性能。錳能降低相變驅(qū)動力，使"C"曲線右移，提高鋼的淬透性，擴(kuò)大γ 相區(qū)，另它可降低鋼的Ms點，故可保證在合適的冷卻速度下得到馬氏體。所以，將其含量限 定在1.3~1.5%范圍。
[0013] Cr:鉻能降低相變驅(qū)動力，也降低相變時碳化物的形核長大，所以提高鋼的淬透 性。另外，鉻能提高鋼的回火穩(wěn)定性。所以，將其含量限定在0.31~0.35%范圍。
[0014] B:硼是強烈提高淬透性元素，鋼中加入微量的硼元素能顯著提高鋼的淬透性。但 是其含量低于0.003%，或者高于0.004%，對提高淬透性的作用不明顯。所以，為考慮生產(chǎn) 實際及淬透性效果，將其含量限定在0.003~0.004%范圍。
[0015] Als，其在鋼中起脫氧作用，應(yīng)保證鋼中有一定量的酸溶鋁，否則不能發(fā)揮其效果， 但過多的鋁也會使鋼中產(chǎn)生鋁系夾雜，且不利于鋼的冶煉和澆鑄。同時鋼中加入適量的鋁 可以消除鋼中氮、氧原子對性能的不利影響。故將其含量限定在〇. 〇 15~0.060 %范圍。
[0016] P:磷是鋼中的有害元素，易引起鑄坯中心偏析。在隨后的熱連乳加熱過程中易偏 聚到晶界，使鋼的脆性顯著增大。同時基于成本考慮且不影響鋼的性能，將其含量控制在 0.008%以下。
[0017] S:硫是非常有害的元素。鋼中的硫常以錳的硫化物形態(tài)存在，這種硫化物夾雜會 惡化鋼的韌性，并造成性能的各向異性，因此，需將鋼中硫含量控制得越低越好?；趯χ?造成本的考慮，將鋼中硫含量控制在〇. 005%以下。
[0018] N:氮在加鈦的鋼中可與鈦結(jié)合形成氮化鈦，這種在高溫下析出的第二相有利于強 化基體，并提尚鋼板的焊接性能。但是氣含量尚于0.005%，氣與欽的溶度積$父尚，在尚溫時 鋼中就會形成顆粒粗大的氮化鈦，嚴(yán)重?fù)p害鋼的塑性和韌性;另外，較高的氮含量會使穩(wěn)定 氮元素所需的微合金化元素含量增加，從而增加成本。故將其含量控制在0.005 %以下。
[0019] Ti:鈦是強C、N化物形成元素，鋼中加入Ti的目的是固定鋼中的N元素，但是過量的 Ti會與C結(jié)合從而降低試驗鋼淬火后馬氏體的硬度和強度。另外，鈦的加入對鋼的淬透性有 一定的貢獻(xiàn)。所以，將其含量限定在〇. 031~0.035%范圍。
[0020] Nb、V:鈮和釩也是強C、N化物形成元素，能起到細(xì)化奧氏體晶粒的作用，鋼中加入 少量的鈮或釩就可以形成一定量的鈮的碳、氮化物，從而阻礙奧氏體晶粒長大，因此，其淬 火后的馬氏體板條尺寸較小，大大提高鋼的強度。故將其含量均控制在0.031~0.035%之 間。
[0021] Mo:鉬能顯著提高鋼的淬透性，并且鉬的層錯能較高，加入鋼中可提高鋼的低溫塑 性和韌性。故將其含量控制在0.20~0.25%之間。
[0022] Ni:鎳加入鋼中可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。同時可改善鋼的加工性和 可焊性。另外，鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。所以將 其含量限定在〇. 06~0.10%。
[0023]本發(fā)明之所以在整個生產(chǎn)過程中采取三次除鱗，是由于通過控制除鱗道次和合適 的除鱗水壓力，可以盡可能的去除帶鋼表面的氧化鐵皮，從而保證帶鋼具有良好的表面質(zhì) 量。另外通過一、二道及末道次壓下率控制，可實現(xiàn)帶鋼的組織均勻和性能穩(wěn)定。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其強度高，制造流程短，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，厚度精度高，其 厚度精度可控制在±〇.〇3mm以內(nèi)，能夠達(dá)到冷乳產(chǎn)品的質(zhì)量要求，大幅節(jié)約了能源消耗;另 外，與現(xiàn)有中薄板坯直接乳制產(chǎn)品相比，其強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有產(chǎn)品，對于實現(xiàn)汽車輕量化具 有重大意義。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明產(chǎn)品金相組織圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述： 表1為本發(fā)明各實施例及對比例的化學(xué)成分取值列表； 表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)取值列表； 表3為本發(fā)明各實施例及對比例的性能檢測情況列表。
[0027] 本發(fā)明各實施例均按以下工藝生產(chǎn)： 1) 鐵水脫硫，并控制SS0.00 2%，扒渣后鐵水裸露面不低于96%; 2) 常規(guī)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，及常規(guī)精煉； 3) 進(jìn)行連鑄，控制中包鋼水過熱度在15~30°C，鑄坯厚度在52~55mm，拉坯速度在3.7 ~7.0 m/min; 4) 進(jìn)行鑄坯入均熱爐前的除鱗處理，并控制除鱗水的壓力在300~400 bar; 5) 對鑄坯進(jìn)行常規(guī)均熱，控制均熱爐內(nèi)呈弱氧化氣氛，即使?fàn)t內(nèi)殘氧量在0.5~5.0%; 6) 對鑄坯入進(jìn)行加熱，并控制鑄坯入爐溫度在820~1050°C，出爐溫度為1200~1220 °C； 7) 進(jìn)行進(jìn)乳機(jī)之前的高壓水除鱗，并控制除鱗水壓力在280~420bar; 8) 乳制，并控制第一道次壓下率為:52~63%，第二道次壓下率為:50~60%，末道次壓下 率為：10~16%;控制乳制速度在8~12 m/s;并在第一道次及第二道次之間進(jìn)行中壓水除 鱗，除鱗水壓力為200~280bar;控制終乳溫度在860~900°C ; 9) 進(jìn)行冷卻，冷卻方式為層流冷卻、或水幕冷卻、或加密冷卻的方式冷卻到卷取溫度； 10) 進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度為635~665°C ; 11) 進(jìn)行開卷落料后的奧氏體化，控制奧氏體化溫度在850~920°C，并保溫3~5 min; 12) 模具沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓10~20 s; 13) 進(jìn)行淬火，控制淬火冷卻速度在20~40 °C/s;后自然冷卻至室溫。
[0028] 表1本發(fā)明各實施例及對比例的化學(xué)成分(wt.%)
表3本發(fā)明各實施例及對比例的的力學(xué)性能情況列表
從表3可以看出，通過薄板坯直接乳制的短流程工藝，實現(xiàn)了發(fā)明鋼的強度達(dá)到了 1700MPa以上，能夠達(dá)到以熱代冷的目的，為推進(jìn)汽車輕量化發(fā)展具有重要意義。
[0029]本【具體實施方式】僅為最佳例舉，并非對本發(fā)明技術(shù)方案的限制性實施。
【主權(quán)項】
1. 用薄板坯直接乳制的抗拉強度多1700MPa薄熱成形鋼，其組分及重量百分比含量為： C:0.26~0.30%，Si:0.31~0.35%，，Mn:1.3~1.5%，P<0.008%，S<0.005%，Als:0.015~ 0.060%，0:0.31~0.35%，11:0.031~0.035%或恥：0.031~0.035%或￥ :0.031~0.035%或其 中兩種以上以任意比例的混合，B: 0 · 003~0 · 004%，Mo: 0 · 20~0 · 25%，Ni : 0 · 06~0 · 10%，N彡 0.005%，余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；淬火后的金相組織為全板條馬氏體;力學(xué)性能：屈服強 度彡1150 MPa，抗拉強度彡1700MPa，伸長率Aso?彡5%。2. 生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的用薄板坯直接乳制的抗拉強度多1700MPa薄熱成形鋼的方法， 其特征在于:其步驟： 1) 鐵水脫硫，并控制S<0.002%，扒渣后鐵水裸露面不低于96%; 2) 常規(guī)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，及常規(guī)精煉； 3) 進(jìn)行連鑄，控制中包鋼水過熱度在15~30°C，鑄坯厚度在52~55mm，拉坯速度在3.7 ~7.0 m/min; 4) 進(jìn)行鑄坯入均熱爐前的除鱗處理，并控制除鱗水的壓力在300~400 bar; 5) 對鑄坯進(jìn)行常規(guī)均熱，控制均熱爐內(nèi)呈弱氧化氣氛，即使?fàn)t內(nèi)殘氧量在0.5~5.0%; 6) 對鑄坯進(jìn)行加熱，并控制鑄坯入爐溫度在820~1050°C，出爐溫度為1200~1220°C ; 7) 進(jìn)行進(jìn)乳機(jī)之前的高壓水除鱗，并控制除鱗水壓力在280~420bar; 8) 乳制，并控制第一道次壓下率為:52~63%，第二道次壓下率為：50~60%，末道次壓下 率為：10~16%;控制乳制速度在8~12 m/s;并在第一道次及第二道次之間進(jìn)行中壓水除 鱗，除鱗水壓力為200~280bar;控制終乳溫度在860~900°C ; 9 )進(jìn)行冷卻，冷卻方式為層流冷卻、或水幕冷卻、或加密冷卻的方式冷卻到卷取溫度； 10) 進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度為635~665 °C ; 11) 進(jìn)行開卷落料后的奧氏體化，控制奧氏體化溫度在850~920°C，并保溫3~5 min; 12) 模具沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓10~20 s; 13) 進(jìn)行淬火，控制淬火冷卻速度在20~40 °C/s;后自然冷卻至室溫。3. 如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)用薄板坯直接乳制的抗拉強度多1700MPa薄熱成形鋼的方 法，其特征在于:所述薄板坯的乳制過程在乳機(jī)布置形式為6F產(chǎn)線或1R+6F產(chǎn)線、或2R+6F產(chǎn) 線、或7F產(chǎn)線、或3R+4F產(chǎn)線、或2R+5F產(chǎn)線、或1R+5F產(chǎn)線進(jìn)行。
【文檔編號】C22C38/02GK106086683SQ201610713629
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發(fā)明人】毛新平, 胡寬輝, 潘利波, 汪水澤, 葛銳, 李立軍, 彭濤, 周少云, 王小鵬
【申請人】武漢鋼鐵股份有限公司