本發(fā)明屬于汽車用鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗拉強(qiáng)度700～800mpa級(jí)熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著汽車節(jié)能減排技術(shù)的推進(jìn)，汽車輕量化成為一種發(fā)展趨勢(shì)。薄規(guī)格高強(qiáng)鋼是汽車輕量化材料的發(fā)展方向之一，而在薄規(guī)格高強(qiáng)鋼中，由于鐵素體+馬氏體雙相高強(qiáng)鋼具有良好的強(qiáng)塑性、低屈強(qiáng)比、高初始加工硬化率、良好烘烤硬化性而得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)鐵素體+馬氏體雙相鋼一般由70％～90％的鐵素體和10～30％的馬氏體組成，主要采用添加0.08～0.20％的碳和添加一定量的si、cr、mn、cu等合金元素，并通過(guò)復(fù)雜的冷卻工藝來(lái)控制鋼中的鐵素體和馬氏體的比例，從而達(dá)到強(qiáng)塑配比和低屈強(qiáng)比，傳統(tǒng)雙相鋼的抗拉強(qiáng)度可涵蓋500～1000mpa。
與冷軋雙相鋼相比，熱軋雙相鋼不但可以縮減鋼板生產(chǎn)過(guò)程中的冷軋、退火、重卷等工序，而且還可避免冷軋后的鋼材加工硬化，降低零件沖壓過(guò)程中對(duì)模具的磨損和回彈量。然而目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)及應(yīng)用的高強(qiáng)度熱軋雙相鋼仍以冷軋為主。因此，開發(fā)高強(qiáng)度熱軋雙相鋼對(duì)于擴(kuò)大熱軋雙相鋼的應(yīng)用范圍，促進(jìn)汽車用鋼板“以熱代冷”具有重要的意義。
由于傳統(tǒng)鐵素體+馬氏體雙相鋼的密度一般在7.80g/cm3以上，因此，減重主要通過(guò)提高強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車部件的減薄，而當(dāng)汽車零部件減薄到一定程度時(shí)，厚度繼續(xù)減薄則會(huì)降低其汽車零部件的剛度，由此限制了汽車零部件的減重潛能。另外，傳統(tǒng)雙相鋼由于成分和工藝控制范圍窄，控制能力尤其冷卻能力要求高，一般設(shè)備難以達(dá)到要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的就是要提供一種抗拉強(qiáng)度700～800mpa級(jí)熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼及其制造方法。該熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼具有良好的強(qiáng)塑配比和低屈強(qiáng)比，并且成分和工藝控制范圍較寬，其制造工藝流程簡(jiǎn)單，尤其是冷卻和退火工藝，可形成一定量的鐵素體和馬氏體組織，并保證良好的強(qiáng)度和韌性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種抗拉強(qiáng)度700～800mpa級(jí)熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼，該鋼的原料化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為c：0.20～0.50％、mn：2.0～6.0％、al:4.0～9.0％、si：0.30～1.00％、p≤0.015％、s≤0.010％、n≤0.008％，還包括cr、ti、v、mo、nb、ca、ni、cu中的至少一種或一種，以上元素的質(zhì)量百分比為：cr：0.10～1.0％、ti：0.03～0.20％、v：0.01～0.15％、mo：0.10～1.00％、nb：0.03～0.15％、ca：0.0001～0.10％、ni：0.05～2.0％、cu：0.10～1.50％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)，且上述元素同時(shí)滿足0.8≤(15c+0.5mn)/(al+si)≤1.20。
優(yōu)選的，所述熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼的化學(xué)成分中，c的質(zhì)量百分比為0.20～0.40％，al的質(zhì)量百分比為4.5～7.0％，s的質(zhì)量百分比控制在0.005％以下，n的質(zhì)量百分比控制在0.006％以下。
優(yōu)選的，所述熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼的化學(xué)成分中，滿足1.00≤(15c+0.5mn)/al≤1.15。
優(yōu)選的，所述熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼的化學(xué)成分中，v的質(zhì)量百分比為0.02～0.15％。
優(yōu)選的，所述熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼的化學(xué)成分中，ni的質(zhì)量百分比為0.05～2.0％。
本發(fā)明中各元素及主要工藝的作用：
c：c在鋼中起固溶強(qiáng)化的作用，可以與鋼中的ti、nb、v、zr、mo等碳化物形成元素形成mc細(xì)小顆粒，起到析出強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用，提高鋼材的強(qiáng)度。但c含量過(guò)高會(huì)降低鋼材的韌性和焊接性能。因此，本發(fā)明鋼中c的質(zhì)量百分比控制在0.20％～0.50％的范圍內(nèi)，優(yōu)選范圍為0.20～0.40％。
mn：mn在鋼中起固溶強(qiáng)化和穩(wěn)定奧氏體的作用。mn含量過(guò)低，強(qiáng)化作用太小，奧氏體不穩(wěn)定；mn含量過(guò)高，容易在板帶厚度中心形成嚴(yán)重偏析，降低產(chǎn)品韌性，成型過(guò)程中容易導(dǎo)致開裂。因此，本發(fā)明鋼中mn的質(zhì)量百分比控制在2.0～6.0％的范圍內(nèi)。
al：al為輕質(zhì)元素，由于其原子質(zhì)量小且比鐵原子半徑大，可有效降低鋼材的密度，因此為輕質(zhì)雙相鋼的主要添加元素；al也可起到固溶強(qiáng)化的作用，且al在相變過(guò)程中可有效抑制碳化物的形成，從而有效抑制p等的形成。al元素含量過(guò)高會(huì)形成feal金屬間化合物，降低鋼材韌性。因此，本發(fā)明鋼中al的質(zhì)量百分比控制在4.0-9.0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選范圍為4.5～7.0％。
si：si在鋼中起固溶強(qiáng)化作用。si含量過(guò)低，固溶強(qiáng)化效果不明顯；但si含量過(guò)高也會(huì)對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此，本發(fā)明鋼中si的質(zhì)量百分比控制在0.30～1.00％的范圍內(nèi)。
p：p為鋼中的雜質(zhì)元素，易在晶界產(chǎn)生偏聚，影響產(chǎn)品的韌性，因此其含量越低越好。根據(jù)實(shí)際控制水平，應(yīng)控制在0.015％以下。
s：s為鋼中的雜質(zhì)元素，易在晶界產(chǎn)生偏聚，且與鋼中的fe形成低熔點(diǎn)的fes，降低鋼材的韌性，煉鋼時(shí)應(yīng)充分去除，應(yīng)控制在0.010％以下，優(yōu)選范圍為s≤0.005％。
n：n為鋼中的雜質(zhì)元素，降低鋼材的韌性，容易和鋼中al、ti形成aln和tin，含量過(guò)高，易形成粗大的aln和tin，因此盡量降低其含量，應(yīng)控制在0.008％以下，優(yōu)選范圍為n≤0.006％。
本發(fā)明中c、al、mn元素含量需滿足0.8≤(15c+0.5mn)/(al+si)≤1.20。當(dāng)0.8≤(15c+0.5mn)/(al+si)≤1.20時(shí)，可保證鋼中形成一定量的鐵素體和馬氏體組織，保證鋼材的性能，且能有效提高鋼材的焊接性能。優(yōu)選的，1.00≤(15c+0.5mn)/al≤1.15。
cr：cr為固溶強(qiáng)化元素，可提高鋼材的強(qiáng)度和提高鋼材的淬透性，cr含量太高易形成碳化物，降低鋼材的韌性，因此，本發(fā)明鋼中cr的質(zhì)量百分比控制在0.10～1.00％。
ti：ti在鋼中起到固溶強(qiáng)化的作用，與鋼中的c、n結(jié)合形成tic和tin，起到析出強(qiáng)化的作用。但ti含量過(guò)高會(huì)增加鋼材的制造成本。因此，本發(fā)明鋼中ti的質(zhì)量百分比控制在0.03～0.20％。
nb：nb在鋼中起到固溶強(qiáng)化的作用，與鋼中的c、n結(jié)合形成nbc和nbn，起到析出強(qiáng)化的作用。但nb含量過(guò)高會(huì)增加鋼材的制造成本。因此，本發(fā)明鋼中nb的質(zhì)量百分比控制在0.02～0.15％。
v：v在鋼中起到固溶強(qiáng)化的作用，與鋼中的c、n結(jié)合形成vc和vn，起到析出強(qiáng)化的作用。但v含量過(guò)高會(huì)增加鋼材的制造成本。因此，本發(fā)明鋼中v的質(zhì)量百分比控制在0.01～0.15％，優(yōu)選范圍為0.02～0.15％。
mo：mo在鋼中起到固溶強(qiáng)化的作用，與鋼中的c結(jié)合形成moc，起到析出強(qiáng)化的作用。但mo含量過(guò)高會(huì)增加鋼材的制造成本。因此，本發(fā)明鋼中mo的質(zhì)量百分比控制在0.10～1.00％。
ca：一定含量的鈣可改善鋼中夾雜物的狀態(tài)，從而有利于提高鋼的韌性。因此，本發(fā)明鋼中ca的質(zhì)量百分比控制在0.0001～0.10％。
ni：ni為固溶強(qiáng)化元素，一定含量的ni可提高鋼材的抗氧化性和耐蝕性，但ni價(jià)格昂貴，因此，本發(fā)明鋼中ni的質(zhì)量百分比控制在0.10～2.0％，優(yōu)選范圍為0.05～2.0％。
cu：cu在鋼中起到固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用，但cu過(guò)高對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而且由于價(jià)格昂貴，因此，本發(fā)明鋼中cu的質(zhì)量百分比控制在0.10～1.50％。
本發(fā)明提供一種抗拉強(qiáng)度700～800mpa級(jí)熱軋高強(qiáng)輕質(zhì)雙相鋼的制造方法，包括以下步驟：
1)冶煉；
2)鑄造：所采用的保護(hù)渣中al2o3和sio2的質(zhì)量百分比al2o3/sio2≥1.0，拉速為1.0～10.0m/min，過(guò)熱度15～50℃；
3)板坯加熱：加熱速率5～50℃/min，板坯出爐溫度1100～1250℃，加熱時(shí)間10～200min；
4)熱軋：熱軋終軋溫度850～950℃；
5)冷卻卷?。豪鋮s速率≥15℃/s，卷取溫度≤200℃；
6)退火：退火溫度600～800℃，退火時(shí)間1～24h。
具體的，連鑄時(shí)，板坯可采用鑄錠、薄帶鑄軋、薄板坯連鑄、常規(guī)厚板坯連鑄等方式生產(chǎn)。
具體的，冷卻時(shí)，中采用保溫罩進(jìn)行緩冷，冷卻速率≤50℃/min，板坯從保溫罩進(jìn)入加熱爐加熱時(shí)，板坯入爐溫度≥200℃；冷卻方式采用前段冷卻、兩段冷卻或多段冷卻。
具體的，退火時(shí)，采用罩式退火，退火溫度650～750℃，退火時(shí)間1～10h。
采用上述制造工藝的理由在于：
鑄造時(shí)，由于鋼中含有高的al，且al易與保護(hù)渣中sio2發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致連鑄高鋁鋼出現(xiàn)表面質(zhì)量問(wèn)題，因此al2o3/sio2≥1.0。合適的拉速和過(guò)熱度有利于板坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量的控制。
由于鋼中加入大量的al提高了鋼材的熱膨脹系數(shù)。加入速率過(guò)高，容易引起連鑄坯因內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生開裂；加入速率過(guò)低，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起表面脫碳嚴(yán)重，鋼中晶粒粗大，降低鋼材的韌性。因此本發(fā)明加熱速率為5～50℃/min。
本發(fā)明中出爐溫度在1100～1250℃，因?yàn)榧訜釡囟鹊蜁r(shí)，鋼中的元素難以擴(kuò)撒，鋼中均勻性較差，且溫度過(guò)低板坯塑性降低，變形抗力增加，容易產(chǎn)生邊裂問(wèn)題；而溫度太高容易造成脫碳嚴(yán)重和晶粒粗大，降低鋼材韌性。
本發(fā)明的加熱時(shí)間為10～200min，因?yàn)榧訜釙r(shí)間太短，板坯的溫度均勻性差，合金元素?cái)U(kuò)散不充分；而加熱時(shí)間太長(zhǎng)，容易造成板坯表面脫碳嚴(yán)重。
本發(fā)明的終軋溫度850～950℃，因?yàn)榻K軋溫度過(guò)高，導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大，降低鋼材韌性；而終軋溫度過(guò)低，變形抗力會(huì)增大，造成板帶軋制開裂。
本發(fā)明熱軋后帶鋼冷卻過(guò)程中，帶鋼冷卻速率≥15℃/s，卷取溫度≤200℃。因?yàn)閹т摾鋮s速率過(guò)低，鋼中析出碳化物，降低鋼中馬氏體的含量。卷取溫度過(guò)高，增加鋼中析出碳化物的風(fēng)險(xiǎn)，同樣降低鋼中馬氏體的含量，從而降低鋼材的強(qiáng)度。
本發(fā)明熱軋后帶鋼采用罩式退火，有利于在鐵素體和馬氏體中彌散析出k碳化物，起到提高強(qiáng)度和韌性的作用。退火溫度過(guò)低和退火時(shí)間過(guò)短，不能使馬氏體得到有效軟化，韌性不能得到顯著提高；退火溫度過(guò)高和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，均使k碳化物析出尺寸增大，從而降低強(qiáng)度和韌性。
本發(fā)明通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)，采用碳、硅、錳、鋁的基本元素結(jié)合鉻、鈦、鈮、釩和鉬固溶強(qiáng)化元素選擇性添加的化學(xué)組成，配合煉鋼—連鑄—熱軋—退火的工藝流程，獲得屈強(qiáng)比低、抗壓強(qiáng)度與延伸率匹配好的鋼產(chǎn)品。本發(fā)明鋼的微觀組織為鐵素體+馬氏體組織或鐵素體+馬氏體+殘余奧氏體組織。而且通過(guò)大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，滿足0.8≤(15c+0.5mn)/(al+si)≤1.20，配以合適的簡(jiǎn)單有效的冷卻和退火工藝，才能保證鋼中形成一定量的鐵素體和馬氏體組織，有效提高鋼材的焊接性能。
本發(fā)明的有益效果是：1)本發(fā)明制造得到的惹著高強(qiáng)輕質(zhì)鋼具備700～800mpa的抗拉強(qiáng)度，20％以上的延伸率，且屈強(qiáng)比小于0.80，密度7.50g/cm3以下，比常規(guī)雙相鋼降低6.0％以上，具備良好的減重潛力，適用于汽車結(jié)構(gòu)件及加強(qiáng)件的制造。2)本制造方法工藝流程短，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行，無(wú)需復(fù)雜的冷卻控制工藝和控制設(shè)備，不額外增加設(shè)備投資。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1鋼的金相照片。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不限制本發(fā)明。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
表1為本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分(wt％)，表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例鋼的制造工藝參數(shù)，表3為本發(fā)明各實(shí)施例鋼的性能。
本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)：
主要工藝流程：冶煉→模鑄或連鑄→加熱或均熱→軋制→層流冷卻→卷取→罩式退火→成品；而對(duì)比例中按照傳統(tǒng)工藝流程生產(chǎn)，無(wú)退火步驟。其中工藝參數(shù)參見表2。
從表3實(shí)施例鋼的性能可以看出，本發(fā)明的產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度達(dá)到700～800mpa，延伸率超過(guò)20％，屈強(qiáng)比低于0.80，密度7.50g/cm3以下，密度比常規(guī)鋼種降低6.0％以上；對(duì)比例鋼種密度比常規(guī)鋼種只降低0.6％，且延伸率低于本發(fā)明產(chǎn)品。