專利名稱：：一種高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼，特別涉及高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼。
背景技術(shù)：
：在過去的幾十年里，作為汽車結(jié)構(gòu)件用鋼，經(jīng)歷了幾次重要的變革與發(fā)展，最初以低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼和含磷鋼為主，主要通過固溶強(qiáng)化提高鋼板強(qiáng)度；基于汽車結(jié)構(gòu)用鋼安全、減重、節(jié)能的發(fā)展潮流，使用高強(qiáng)度鋼板已成為汽車結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展趨勢(shì)；但隨著材料強(qiáng)度級(jí)別的升高，考慮到材料的焊接性能，不能再添加碳和磷，所以材料逐漸發(fā)展到以雙相鋼、析出強(qiáng)化鋼為主，主要用低碳+適量錳的成分體系再添加鉬、鉻、鈮、鈦等合金元素通過相變強(qiáng)化和析出強(qiáng)化來實(shí)現(xiàn)。近幾年來CQ級(jí)熱鍍鋅析出強(qiáng)化鋼尤其得到了廣泛的應(yīng)用，析出強(qiáng)化鋼的特點(diǎn)是屈強(qiáng)比較高，具有適中的延伸率和良好的點(diǎn)焊性，對(duì)成形性的要求相對(duì)較低，適合制造汽車結(jié)構(gòu)件和安全件，如車門的加強(qiáng)件、座椅的底座支撐件等。按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10292的規(guī)定，熱鍍鋅析出強(qiáng)化鋼按屈服強(qiáng)度大體分為260、300、340、380、420Mpa五個(gè)級(jí)別，具體牌號(hào)和性能要求如表1所示。表1歐標(biāo)Ε^0292標(biāo)準(zhǔn)熱鍍鋅析出強(qiáng)化鋼系列YS級(jí)別(MPa)YS(MPa)TS(MPa)EL80(%)I備注HX260LAD+Z/ZF260330350430^26橫向HX300LAD+Z/ZF300380380480^23橫向HX340LAD+Z/ZF340420410510^21橫向HX380LAD+Z/ZF380480440560^19橫向HX420LAD+Z/ZF420520470590^17橫向通過國際聯(lián)機(jī)查新檢索的專利和相關(guān)文獻(xiàn)表明，汽車用熱鍍鋅析出強(qiáng)化鋼的生產(chǎn)在國際上已經(jīng)商業(yè)化，大多用于汽車內(nèi)板和各種結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件，而強(qiáng)度級(jí)別為350430Mpa的熱鍍鋅析出強(qiáng)化鋼尚未見文獻(xiàn)記載。聯(lián)機(jī)檢索到的相關(guān)專利文獻(xiàn)有CN99801687.X，“高強(qiáng)度薄鋼板、高強(qiáng)度合金化熱鍍鋅鋼板及它們的制造方法”;CN02800375.6，“高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板及其制造方法”。這兩篇專利文獻(xiàn)涉及的成分體系是低碳(0.030.2%)、高錳(1.0%以上)，添加了一定量的Si(0.51.0%)，及少量的Mo和Cr。由于熱鍍鋅產(chǎn)品的退火是在鍍鋅線上完成的，要經(jīng)過460V左右的鋅池，故在添加合金元素提高強(qiáng)度的同時(shí)，要考慮基板的可鍍性及汽車結(jié)構(gòu)件對(duì)表面質(zhì)量的要求，Si、Mn元素過多時(shí)在退火過程中易在表面形成富集，影響鍍鋅時(shí)基板的浸潤性，造成漏鍍等鍍鋅缺陷。對(duì)于抗拉強(qiáng)度350430MPa級(jí)的冷軋熱鍍鋅汽車結(jié)構(gòu)件，需要滿足汽車結(jié)構(gòu)件對(duì)沖壓和焊接性要求，防止沖裂、回彈等。本發(fā)明者通過控制碳含量、降低錳含量、不加Si、Mo和Cr，添加少量微合金元素Nb的成分設(shè)計(jì)及控制生產(chǎn)工藝，得到抗拉強(qiáng)度350430Mpa、焊接和表面質(zhì)量優(yōu)良的CQ級(jí)析出強(qiáng)化鋼，從而完成了本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供這種高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的制造方法。本發(fā)明提供的高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼具有如下以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分C:0·020.10%Si^0.1%Mn:0·100.80%P^0.05%S^0.015%T.Al:0·010.10%Nb:0·0020.02%其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼具有的抗拉強(qiáng)度為350Mpa430Mpa。本發(fā)明的高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的合金設(shè)計(jì)理由如下C0.020.10%。C是重要的固溶強(qiáng)化元素，可以使材料獲得高的強(qiáng)度，但高的碳含量會(huì)使材料的沖壓性和焊接性惡化，所以碳不能太高，再結(jié)合考慮材料需要達(dá)到的350430Mpa的強(qiáng)度級(jí)別和性能范圍，因此碳控制在0.020.10%。Si0.1%。Si是鐵素體固溶強(qiáng)化元素，極大地提高強(qiáng)度，但對(duì)于熱鍍鋅鋼板來說，Si含量高時(shí)在鋼板表面析出產(chǎn)生氧化膜影響表面處理，從而降低鋼板和液體鋅的濕潤粘附張力，會(huì)直接影響基板的可鍍性，從而影響熱鍍鋅鋼板表面質(zhì)量，所以Si元素控制盡量少。Mn為了保證鋼的綜合機(jī)械性能(強(qiáng)度、韌性)，需要添加一定量的Mn，Mn尤其對(duì)抗拉強(qiáng)度影響較大。但Mn含量高時(shí)一方面會(huì)影響基板的可鍍性和表面質(zhì)量，同時(shí)也對(duì)焊接性不利，所以在保證材料強(qiáng)度的前提下盡量減少錳元素的添加量。T.A1:0.020.10%。Al的主要功能是脫氧劑，不宜過低，但過高時(shí)影響連鑄生產(chǎn)。P:彡0.05%。P是一種價(jià)廉的固溶強(qiáng)化元素，適量的P對(duì)強(qiáng)度是有益的，但過高時(shí)影響焊接性。所以本發(fā)明在保證材料強(qiáng)度的前提下盡量控制P元素；S<0.015%。S在鋼中易形成MnS，引起熱脆，同時(shí)影響焊接性，所以S要盡量低，一般控制在0.015%以下。Nb:0.0020.02%。一方面Nb通過抑制再結(jié)晶細(xì)化晶粒提高材料的強(qiáng)度和韌性，另一方面，NbC,NbN等析出物彌散分布，通過位錯(cuò)的“繞過析出物”和“切過析出物”兩種機(jī)理起到析出強(qiáng)化的作用，但考慮本發(fā)明的材料強(qiáng)度相對(duì)較低，抗拉強(qiáng)度350Mpa，所以添加了很少量的Nb元素，在降低C、Si、Mn、P元素含量的情況下保證材料的強(qiáng)度，同時(shí)使材料有高的屈強(qiáng)比(0.7以上)，從而保證材料有好的綜合機(jī)械性能、良好的焊接性和表面質(zhì)量。本發(fā)明的第二方面提供上述高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的制備方法，包括冶煉、連鑄、熱軋、酸洗、冷軋軋制、退火和熱鍍鋅工序，其中熱軋工序控制加熱溫度<1250°C，終軋溫度彡870°C，卷取溫度在600°C680°C；退火工序控制溫度在720V820°C。按如下以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉C0.020.10%;Si彡0.1%；Mn0.100.80%;P彡0.05%;S彡0.015%；T.Al0.010.10%；Nb0.0020.02%；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。然后通過連鑄鑄成板坯。熱軋工序中控制以下參數(shù)終軋溫度熱軋時(shí)材料是進(jìn)行完全再結(jié)晶軋制，為了避免材料進(jìn)入兩相區(qū)軋制導(dǎo)致混晶，所以終軋溫度彡870°C，控制在Ar3溫度之上。卷曲溫度卷曲溫度過高，會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大最終對(duì)成品材料強(qiáng)度影響較大。綜合考慮到析出物的析出和長大，采用600680°C的高溫卷曲，以得到較細(xì)小的鐵素體基體晶粒組織和尺寸適當(dāng)?shù)奶?、氮析出物原始組織。然后按常規(guī)進(jìn)行酸洗冷軋。退火工序如圖1所示。再結(jié)晶退火溫度是控制高強(qiáng)鋼性能最為重要的工藝因素，在保證材料完全再結(jié)晶退火和奧氏體組織不粗化的前提下盡量采取低的退火溫度；但考慮到鋅層的可鍍性，所以退火溫度不要太低。本發(fā)明的高屈強(qiáng)比熱鍍鋅鋼板制備方法中，臨界再結(jié)晶退火溫度為720820°C。本發(fā)明涉及的一種抗拉強(qiáng)度350430Mpa熱鍍鋅汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造技術(shù)，具有良好的焊接性、高屈強(qiáng)比和優(yōu)質(zhì)的表面質(zhì)量，基板為冷軋板，鍍層分有熱鍍純鋅及鋅鐵合金化熱鍍鋅，微觀組織如圖2所示為均勻的鐵素體基體加沿晶界彌散析出的滲碳體。本發(fā)明通過控制一定量的碳含量，低的錳含量(0.3以下)，不加Si，不添加Mo和Cr，添加少量的微合金元素Nb，通過碳錳的固溶強(qiáng)化和NbC的析出強(qiáng)化的效果得到抗拉強(qiáng)度350430Mpa的析出強(qiáng)化鋼，同時(shí)較低的Si、Mn含量使熱鍍鋅鋼板有好的可鍍性從而保證材料有高的表面質(zhì)量。本發(fā)明鋼種的微觀組織如圖2所示，為均勻的鐵素體基體加沿晶界彌散析出的滲碳體。本發(fā)明鋼材的成分體系低硅、低錳，且不含鉻、鉬等合金元素，故成本低。本發(fā)明鋼材的橫向力學(xué)性能滿足屈服強(qiáng)度260330Mpa，抗拉強(qiáng)度350430Mpa，延伸率ELm彡26%。圖1為熱鍍鋅退火模擬工藝示意圖。圖2為本發(fā)明鋼種的金相組織。圖3為本發(fā)明鋼種的典型拉伸曲線。圖4為本發(fā)明鋼種屈服強(qiáng)度和平整延伸率的關(guān)系曲線。具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例1-8按如下材料配比，在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中冶煉，然后通過連鑄鑄成板坯，再進(jìn)行熱軋、酸洗、冷軋軋制、退火、熱鍍鋅。各實(shí)施例鋼材的成分、工藝和性能實(shí)績見表2。表2各實(shí)施例鋼材的成分、工藝、性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明熱鍍鋅鋼材與比較鋼的化學(xué)成分范圍比較見表3。表3本發(fā)明與比較鋼的化學(xué)成分范圍比較)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>考慮到熱鍍鋅材料的表面質(zhì)量控制和減小屈服強(qiáng)度的波動(dòng)范圍，所以在試生產(chǎn)中對(duì)發(fā)明材料進(jìn)行了平整試驗(yàn)，本發(fā)明鋼種屈服強(qiáng)度和平整延伸率的關(guān)系曲線如圖4所示，當(dāng)對(duì)發(fā)明材料進(jìn)行1.0士0.2%的平整后，屈服波動(dòng)較小，材料表面質(zhì)量良好。權(quán)利要求一種高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼，具有如下以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分C0.02～0.10％Si≤0.1％Mn0.10～0.80％P≤0.05％S≤0.015％T.Al0.01～0.10％Nb0.002～0.02％其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼，其抗拉強(qiáng)度為350Mpa430Mpa。3.權(quán)利要求1所述高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的制備方法，包括冶煉、連鑄、熱軋、酸洗、冷軋軋制、退火和熱鍍鋅工序，其特征在于熱軋工序中加熱溫度≤1250°C，終軋溫度≥870°C，卷取溫度為600°C680°C；退火工序中退火溫度為720V820°C。全文摘要提供一種高屈強(qiáng)比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼，具有如下以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分C0.02～0.10％；Si≤0.1％；Mn0.10～0.80％；P≤0.05％；S≤0.015％；T.Al0.01～0.10％；Nb0.002～0.02％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明鋼材采用控制熱軋和退火工藝。得到抗拉強(qiáng)度350～430MPa、焊接和表面質(zhì)量優(yōu)良的CQ級(jí)析出強(qiáng)化鋼。本發(fā)明鋼材的成分體系低硅、低錳，且不含鉻、鉬等合金元素，故成本低。文檔編號(hào)C21D8/02GK101812633SQ200910046439公開日2010年8月25日申請(qǐng)日期2009年2月23日優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日發(fā)明者馮偉駿,張欽釗,楊勝利,甘青松,陳思申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司