專利名稱：一種具有高強度和高塑性的雙相鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種雙相鋼及其生產方法，尤其涉及一種具有高強度和高塑性的雙相鋼及其生產方法。
背景技術：
雙相鋼是主要由鐵素體和馬氏體所組成的鋼，其顯微組織中馬氏體體積分數一般為10 35%。雙相鋼具有屈服點低、無屈服點伸長、初始加工硬化速率高以及強度和塑性匹配好等特點，是一種強度高成形性好的新型汽車用鋼。隨著現代汽車工業的減重節能和對安全性要求的不斷提高，特別是隨著車體輕量化技術研究的深入，要求所使用的鋼鐵材料必須具有高強度，同時保證良好的塑性。由世界著名鋼鐵公司資助的ULSAB計劃的研究結果表明，為了延續鋼材相對于其它競爭材料的優勢地位，必需大量使用高強度鋼，在代表汽車用鋼未來發展方向的新車型C級車和PNGV級車中，相變強化的雙相鋼已占整個結構用鋼的72%以上。通常，冷軋雙相鋼板采用連續退火機組生產，冷軋雙相鋼連續退火的典型工藝流程為開卷-清洗-加熱-均熱-快速冷卻-過時效-二次冷卻-平整-精整-冷軋雙相鋼。同時，由于高強度雙相鋼在要求高強度的同時要求較好的成形性能和焊接性能， 因此對冶金工藝控制水平要求很高，如何在保證雙相鋼高強度的同時，提高其塑性是各鋼鐵公司研究的重點。中國專利申請號200510027399. 3提供了一種1180Mpa超高強帶鋼及其生產方法，該超高強帶鋼的化學成分為C 0. 10 O. 20wt. %, Si < O. 6wt. %, Mn < 2. 6wt. %, Cr 0. 35 O. 90wt. %, Nb :0. 015 O. 050wt. %, Ti :0. 015 O. 050wt. %, B 0. 0005
0.0030wt. %，其余為鐵和不可避免的雜質，其生產工藝包括冶煉、鑄造、熱軋、酸洗、冷軋和連續退火等。該專利的超高強鋼連續退火時采用輥冷或高速噴氣冷卻方法。該專利的超高強鋼退火時不采用水淬或氣霧快冷技術，省去了酸洗、再加熱或閃鍍鎳工序，可以生產部分對焊接等要求不高的高強鋼產品。該專利的主要缺點是①該鋼中合金含量高，在連續退火時沒有采用高氫等快速冷卻技術，而是采用輥冷技術，因此該鋼不僅成形和焊接性能差， 而且連退生產時帶鋼易跑偏，生產不穩定；②簡單采用了均熱后快速冷卻的退火工藝，沒有充分利用連續退火工藝的緩冷工序，因此得到的鋼板的盡管具有高強度，但并不具有高塑性。
發明內容
本發明針對現有雙相鋼存在的上述不足，提供一種具有高強度和高塑性的雙相鋼及其生產方法。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種具有高強度和高塑性的雙相鋼的化學成分重量百分比為C 0. 07% O. 19%, Si :0. 10% O. 50%, Mn :1. 00% 2. 30%, P :彡 O. 020 %、S 彡 O. 015 %、N 彡 O. 008 %、Al :0· 02 % O. 07 %、Mo :彡 O. 40 %、Nb : ^ O. 06%,其余為Fe和不可避免雜質。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。本發明還提供一種解決上述技術問題的技術方案如下一種具有高強度和高塑性的雙相鋼的生產方法包括以下步驟步驟a :按上述的具有高強度和高塑性的雙相鋼的成分進行冶煉，鑄成坯料；步驟b :將鑄成的坯料熱裝入爐，熱裝溫度500 800°C，并依次進行熱軋、卷曲、酸洗和冷軋；步驟c :將軋制后的鋼板采用均熱、緩冷和快速冷卻相結合的方法進行連續退火， 所述快速冷卻采用高氫高速氣體噴射的冷卻方法；步驟d :將退火后的鋼板依次進行平整和精整。進一步，所述步驟b中卷曲溫度為560 660°C，冷軋變形量為40% 62%。進一步，所述步驟c中高氫高速氣體中H2濃度為20 70%，其余為N2。進一步，所述步驟c中連續退火中均熱溫度750 820°C，緩冷速度3 30°C / s，緩冷溫度580 750°C，帶鋼在快速冷卻段的平均冷卻速度40 150°C /s，快冷溫度 270 380°C，時效溫度彡3800C。進一步，所述步驟d中平整延伸率為O. I O. 6%。本發明的有益效果是本發明通過適當的成分設計和工藝設計，采用結合具有緩冷的連續退火工藝，通過嚴格控制連續退火工藝的均熱溫度、緩冷速度、緩冷溫度和快冷溫度等，可生產具有馬氏體、取向附生鐵素體和殘留鐵素體組織的高強度高塑性雙相鋼；本發明采用具有高速高氫噴氣冷卻裝置(20 70%氫氣含量)的連續退火線生產，可降低鋼中合金元素含量，保證鋼板的成形和焊接性能；本發明提供的高強度冷軋雙相鋼，其抗拉強度為700 1200MPa、延伸率為12 25%，可以很好的滿足汽車行業對高強鋼的要求。
具體實施例方式以下對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。本發明通過相變強化、彌散強化和細晶強化等多種強化機制來提高鋼的強度，并通過在鐵素體加馬氏體組織中引入取向附生鐵素體、通過控制取向附生鐵素體的量來提高鋼的塑性，獲得鐵素體、取向附生鐵素體和馬氏體并附加彌散強化粒子等組織特征的拉伸強度為700 1200MPa且延伸率El為12 25%的高強度雙相鋼。本發明的設計原理如下雙相鋼的強度和塑性主要取決于組織中的鐵素體和馬氏體組織。為了改善其塑性，應當改善鐵素體的塑性，而為了提高其強度，應當使組織中獲得一定馬氏體量并保證其強度。因此，本發明采用獲得一定馬氏體量的方法保證該鋼的高強度，同時，與其它方法不一樣，本發明采用獲得一定量取向附生鐵素體的方法來改善鐵素體的塑性，并進而提高鋼板的塑性。本發明的雙相鋼中加有Nb等元素以細化晶粒，同時Nb等可在組織中形成NbC、NbN、Nb(C、N)等彌散強化粒子，而含有這種彌散粒子的鐵素體組織塑性較差，本發明充分利用連續退火工藝的緩冷工序，通過控制連續退火工藝的均熱-緩冷-快速冷卻等各關鍵點溫度和緩冷速度來獲得一定量無彌散粒子的取向附生鐵素體，以提高鐵素體的塑性進而提高雙相鋼的塑性。此外，本發明雙相鋼中添加Mn、Mo等使鋼的C曲線右移以提高鋼的淬透性，通過控制C、Mn、P、S的含量以提高鋼的焊接性能及塑性，嚴格控制O、H的含量以減少氧化物夾雜及氫致裂紋，并通過控制連鑄坯的冷卻、采用熱裝(熱裝溫度500 800°C )等防止板坯開裂的措施來獲得優質鑄坯；通過采取提高熱軋工藝參數特別是熱軋卷取溫度控制精度以減小熱軋板的力學性能波動；通過在連續退火線上采用結合緩慢冷卻的快速冷卻工藝，嚴格控制連退均熱溫度、緩冷速度、緩冷溫度、冷卻速度、快冷溫度、時效溫度及平整延伸率等關鍵參數實現對雙相鋼組織性能的控制。下面詳細說明本發明具有高強度和高塑性的雙相鋼的各化學元素的作用和工藝技術參數的設計思路。C :是鋼中最基本的強化元素，同時C影響鋼的焊接性能，因此，在考慮強度的前提下，碳的含量盡量控制的低一些。本發明中，C含量為O. 07 O. 19%。Si :是固溶強化元素，對提高鋼板的強度有利，含量高時不利于鋼的焊接性能。本發明中，Si含量為O. 10 O. 50%。Mn :是固溶強化元素，并提高奧氏體的淬透性，同時可以降低鐵素體中的固溶C， 從而提高雙相鋼的延展性。Mn含量過高不利于焊接性能，本發明中，Mn含量定為I. 00 2. 30%。Mo :是強化元素，并提高奧氏體的淬透性，此外，同Nb配合可提高析出強化效果。 Mo含量過高不利于焊接性能，本發明中，Mo含量為< O. 40%。Nb :強碳、氮化物形成元素，通過晶粒細化提高鋼板強度，還能形成NbC、NbN等彌散強化粒子，增加材料強度。本發明中，Nb含量為< O. 06%。Al :是脫氧元素，同時能形成AlN質點細化晶粒。Al小于O. 005%時作用不明顯， 超過O. %時會增加夾雜物量，影響塑性，本發明中Al含量為O. 02 O. 07%。生產工藝技術參數的設計思路熱軋卷取溫度過高則氧化鐵皮會增厚，后續酸洗困難，卷取溫度過低時熱軋基板組織將細化，使熱軋基板強度大幅度提高，影響后續冷連軋變形，本發明卷取溫度定為 560 660。。。酸洗冷軋的主要目的是提高材料的表面質量和厚度精度，冷軋變形量太小時難以達到上述目的，但冷軋變形量過大時，冷軋工序能耗明顯增加，板形也惡化。本發明中冷軋變形量定為40 62%。連續退火的工藝參數決定著材料的內部組織結構和力學性能。本發明通過化學成分及生產工藝特別是連續退火工藝技術參數的合理設計能夠獲得本發明具有高強度和高塑性的雙相鋼的組織結構和力學性能。下面簡要說明如下均熱均熱溫度的高低決定了材料在高溫下是處于奧氏體單相區還是處于奧氏體與鐵素體兩相區以及這兩個相的比例。本發明中，兩相區均熱溫度為750 820°C，以得到奧氏體加部分鐵素體組織。
緩冷影響到高強鋼的板形，更重要的是，緩冷是組織控制的關鍵環節。本發明通過控制緩冷溫度來控制奧氏體-鐵素體相變，得到奧氏體、取向附生鐵素體和殘留鐵素體組織。本發明中，緩冷速度為3 30°C /s，緩冷溫度為580 750°C。快冷采用高氫高速氣體噴射冷卻(H2濃度為20 70% )方法，實現鋼板的快速冷卻，完成奧氏體-馬氏體相變。本發明中，快冷溫度為270 380°C。時效時效溫度的高低將影響馬氏體的分解和第二相的析出，一般而言時效溫度提高會使材料強度和硬度下降而塑性提高，反之亦然。本發明中，時效溫度< 380°C。平整平整延伸率的大小主要影響材料的屈服強度和塑性，也會影響材料板形。一般而言，提高平整延伸率將使材料屈服強度提高，塑性下降，板形將有所改善，但是平整延伸率太大時不利于材料的成形性能。本發明中，平整延伸率為O. I O. 6%。下面根據發明具有高強度和高塑性的雙相鋼的化學成分、熱軋、冷軋、連續退火及平整工藝參數的不同，通過實施例I 8來對本發明做進一步說明。鋼水的化學成份見表1，余量為Fe和不可避免的雜質元素。表I實施例與對比專利的化學成分(％ )
權利要求
1.一種具有高強度和高塑性的雙相鋼，其特征在于，其化學成分重量百分比為C: O. 07% O. 19%、Si 0. 10% O. 50%、Mn 1. 00% 2. 30%、P ^ O. 020%、S 彡 O. 015%、 N 彡 O. 008%、Al 0. 02% O. 07%、Mo :彡 O. 40%、Nb S O. 06%，其余為 Fe 和不可避免雜質。
2.一種具有高強度和高塑性的雙相鋼的生產方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a :按權利要求I所述的具有高強度和高塑性的雙相鋼的成分進行冶煉，鑄成坯料；步驟b :將鑄成的坯料熱裝入爐，熱裝溫度500 800°C，并依次進行熱軋、卷曲、酸洗和冷軋；步驟c :將軋制后的鋼板采用均熱、緩冷和快速冷卻相結合的方法進行連續退火，所述快速冷卻采用高氫高速氣體噴射的冷卻方法；步驟d :將退火后的鋼板依次進行平整和精整。
3.根據權利要求2所述的具有高強度和高塑性的雙相鋼的生產方法，其特征在于，所述步驟b中卷曲溫度為560 660°C，冷軋變形量為40% 62%。
4.根據權利要求2所述的具有高強度和高塑性的雙相鋼的生產方法，其特征在于，所述步驟c中高氫高速氣體中H2濃度為20 70%，其余為N2。
5.根據權利要求2所述的具有高強度和高塑性的雙相鋼的生產方法，其特征在于，所述步驟c中連續退火中均熱溫度750 820°C，緩冷速度3 30°C /s，緩冷溫度580 7500C，帶鋼在快速冷卻段的平均冷卻速度40 150°C /s,快冷溫度270 380°C，時效溫度彡380 °C ο
6.根據權利要求2所述的具有高強度和高塑性的雙相鋼的生產方法，其特征在于，所述步驟d中平整延伸率為O. I O. 6%。
全文摘要
本發明涉及一種具有高強度和高塑性的雙相鋼及其生產方法。所述雙相鋼的化學成分重量百分比為C0.07%～0.19%、Si0.10%～0.50%、Mn1.00%～2.30%、P≤0.020%、S≤0.015%、N≤0.008%、Al0.02%～0.07%、Mo≤0.40%、Nb≤0.06%，其余為Fe和不可避免雜質。本發明通過控制連續退火工藝的均熱溫度、緩冷速度、緩冷溫度和快冷溫度等，可生產具有馬氏體、取向附生鐵素體和殘留鐵素體組織的高強度高塑性雙相鋼；采用具有高速高氫噴氣冷卻裝置的連續退火線生產，可降低鋼中合金元素含量，保證鋼板的成形和焊接性能。
文檔編號C22C38/06GK102605240SQ20111040971
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者朱立新, 梁軒, 王全禮, 王勇圍, 趙運堂, 陽代軍, 黃學啟 申請人:首鋼總公司