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CN118007024B - 一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板及其制备方法 - Google Patents

一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板及其制备方法

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CN118007024B CN202410306178.2A CN202410306178A CN118007024B CN 118007024 B CN118007024 B CN 118007024B CN 202410306178 A CN202410306178 A CN 202410306178A CN 118007024 B CN118007024 B CN 118007024B
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Abstract

本发明属于冷轧汽车钢技术领域，具体涉及一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板及其制备方法，采用C‑Si‑Mn‑Cr的合金成分体系，C是最基本的强化元素，适量的Si元素可以“净化”铁素体基体，保证拉延性能，同时添加适量Mn、Cr元素，提高钢的淬透性，使其生成适量马氏体组织。不添加Mo、Nb等高价合金元素，降低产品的制造成本。通过采用LF+RH两次精炼、较低的过热度、合理的热轧温度、退火温度等关键参数，保证产品组织均匀、晶粒细小，无带状组织、无尺寸较大的夹杂偏析，组织配比合理，从而保证了产品有较高的扩孔性能，应用场景极大增加。另一方面，退火过程中通过控制炉内气氛及露点，使基板有良好的浸润性，使钢在镀锌时表面形成Fe2Al5抑制层，促使镀锌粘附性提高，获得较好的表面质量。

Description

一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板及其制备 方法
技术领域
本发明属于冷轧汽车钢技术领域，具体涉及一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板及其制备方法。
背景技术
随着国家和市场对汽车轻量化需求的日益提高，镀锌双相钢因其具有高强度、低屈强比、良好的成形性及优良的耐蚀性而被广泛应用于汽车结构类零件。目前汽车结构件、加强件中最广泛应用的镀锌双相钢是600MPa级、800MPa级双相钢，600MPa级以下热镀锌双相钢在车身结构件中应用较少。原因是低合金高强钢、高强IF钢价格较双相钢低，成形性能可以满足一般车身结构件需求，因此在600MPa以下强度热镀锌钢需求场景中，大部分由低合金高强钢、高强IF钢承担。
但近年来，随着车身结构件对材料综合性能的要求越来越严，热镀锌双相钢以其低屈强比、连续屈服、高拉延性、高拉伸应变硬化指数、无明显时效性等显著优点，力压低合金高强钢、高强IF钢等钢种，而逐渐抢占600MPa级以下强度热镀锌钢的市场。
CN 110172640 A发明公开了一种500MPa级高加工硬化率热镀锌双相钢板及其制备方法，该钢板的化学成分按重量百分数为：C：0.02～0.05％，Si：0.10～0.20％，Mn：0.80～1.20％，Cr：0.15～0.30％，Mo：0.30～0.50％，Nb：0.025～0.040％，Als：0.02～0.04％，P≤0.020％，S≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。Mo合金价格昂贵，按照2022-2023年钼铁合金价格，Mo含量为0.30～0.50％，吨钢所需钼铁合金成本高达1200～2000元，产业化生产及推广难度较大。发明中提及热轧卷取温度700～730℃，属于高温卷取，但未配合设置U型卷取，容易导致热卷缓冷过程中头尾散热快、温度低，组织性能与卷中差异大，遗传至成品卷，易造成整卷性能差异大，影响客户冲压使用。
CN 105401071 A发明公开了一种500MPa级轿车用镀锌双相钢及生产方法，其组分及重量百分比含量为，C：0.04～0.09％，Si：≤0.01％，Mn：1.0～2.0％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Als：0.01～0.08％，Mo：0.01～0.30％或Cr：0.02～0.9％，Nb：0.001～0.03％，N：≤0.005％，其余为铁和其他不可避免杂质。为了保证热镀锌钢带的良好表面，采用了极低的Si含量，并适当添加了Mo或Cr元素，但Mo或Cr元素合金成本较高，不利于产业化生产及推广。同时发明中未提及500MPa级镀锌双相钢的翻边扩孔性能，但目前中高端乘用车对于翻边扩孔的复杂成形性能要求日益提升。
发明内容
基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板，化学成分按质量百分比为：C：0.05％～0.08％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.20％～1.60％，Cr：0.2％～0.4％，P≤0.020％，S≤0.007％，Alt：0.035％～0.065％，N≤0.0050％，其余元素是Fe及不可避免的杂质；微观组织按体积百分比为：铁素体85～90％、马氏体7～12％，贝氏体3～5％。
本发明中各合金元素含量设计基本原理如下：
C：C是最经济有效的强化元素，C在双相钢中起到相变强化作用，控制最终双相钢中马氏体的含量与带钢强度；为保证良好的焊接性能，带钢要求较低的碳含量；所以本发明将C含量控制在0.05％～0.08％范围内。
Si：Si是铁素体形成元素，在两相区保温和缓冷时，可有效促进C向奥氏体中扩散，对铁素体有显著的净化作用，提高了双相钢中铁素体的纯净度，保证带钢有良好的拉延性能；随着镀锌产线预氧化还原能力的提升，600MPa级以上强度的镀锌双相钢逐渐改变传统的“以铝代硅”的思路，添加适量的硅也不影响镀锌产品的表面质量；所以本发明将Si含量控制在0.20～0.40％范围内。
Mn：Mn是常用的固溶强化元素，是双相钢中有助于扩大奥氏体区的元素，且在奥氏体冷却过程中推迟珠光体和贝氏体的转变，从而提高钢的淬透性。为保证良好强度，本发明将Mn含量控制在1.20％～1.60％范围内。
Cr：与Mn元素一样能提高钢的淬透性，与Mn配合加入钢中，能极大提高钢的淬透性，从而推迟珠光体与贝氏体转变；同时Cr的适量添加，可以降低双相钢的屈强比，改善马氏体的分布，进而提高延伸率；但Cr含量过高，会恶化焊接性能。所以本发明将Cr含量控制在0.20～0.40％范围内。
P、S、N：在钢中属于杂质元素，恶化钢的塑性与韧性，一般来说需要控制在较低水平。结合实际产品性能需求，所以本发明将控制P≤0.020％，S≤0.007％，N≤0.0050％。
Alt：铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的N，从而提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。所以本发明将Alt控制在0.035％～0.065％。
进一步地，钢板屈服强度310～350MPa，抗拉强度500～540MPa，断后延伸率A80：24～28％，拉伸应变硬化指数n0：0.15～0.19，扩孔率λ：70～90％。
进一步地，钢板厚度0.6～2.5mm，热镀锌钢板无漏镀，无折弯脱锌，抑制层连续致密，表面质量良好。
低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板的制备方法，包括以下步骤：
(1)炼钢、连铸工序：
1)采用LF精炼+RH精炼；
2)钢水过热度15～30℃；
3)连铸坯可选择红送至热轧加热炉；
(2)热轧工序：
板坯均热温度1190～1230℃，铸坯热送加热时间160～200min，铸坯冷送加热时间200～240min，出炉温度1180～1220℃；层流冷却采用前段稀疏冷却，采用540-570℃的卷取温度；热轧后，在热轧库堆垛缓冷72h；
(3)酸洗冷连轧工序：
冷轧总压下率52～70％，酸洗冷连轧后带钢反射率≥70％；
(4)连续热镀锌工序：
连续退火均热温度：790～810℃；缓冷结束温度：670～690℃；快冷结束温度：440～460℃；出炉温度：0.6≤t＜1.0mm，450～470℃；1.0≤t＜1.80mm，445～465℃；1.80≤t≤2.50mm，440～460℃；镀后冷速≥18℃/s，带速90～130m/min，预氧化室温度600～680℃，注入氧化室的压缩空气预热至300℃以上，氧化室内氧含量范围1.0～2.0％，露点-15～0℃，光整延伸率设定为0.6-1.2％。
关键制造工艺过程对本发明产品的影响：
炼钢工序，采用LF精炼+RH精炼，可以确保P、S、N等杂质元素控制在较低的水平，可以确保合金成分及钢水温度控制均匀。Mn元素含量较高时，连铸坯易产生偏析，遗传至成品带钢中易产生带状组织，恶化带钢的扩孔性能及成形性能。钢水过热度15～30℃，较低的过热度可以降低连铸坯偏析程度，保证带钢的扩孔性能及成形性能。连铸坯可选择红送至热轧加热炉，为了节能环保，并提高生产节奏，优选连铸坯红送至热轧加热炉。
热轧工序，板坯均热温度1190～1230℃，铸坯热料加热时间160～200min，铸坯凉料加热时间200～240min，出炉温度1180～1220℃；铸坯加热时间、加热温度需要确保铸坯热料或凉料加热均匀，较低的出炉温度1180～1220℃避免氧化铁皮太厚难以去除而遗传到后道次。层流冷却采用前段稀疏冷却，采用540-570℃的卷取温度。采用低温卷取，避免卷取后产生的四次氧化铁皮难以去除而影响镀锌产品的表面质量。热轧后，在热轧库堆垛缓冷72h，通过堆垛缓冷保证整卷冷却速度趋于一致，从而保证整卷性能组织均匀，避免酸轧卷厚度波动、板形不良。
酸洗冷连轧工序，冷轧总压下率52～70％。酸洗冷连轧后带钢反射率≥70％。合理范围内的总压下率可以使晶粒细化，提供再结晶形变能，同时要考虑酸轧轧机负荷控制在合理范围内，因此设置冷轧总压下率52～70％。酸洗冷连轧后带钢反射率≥70％，冷硬卷表面反射率较高，在镀锌工序清洗后更容易保证较高的表面清洁度，提供了良好的浸润性。
连续热镀锌工序，连续退火均热温度：790～810℃；缓冷结束温度：670～690℃；快冷结束温度：440～460℃；出炉温度：0.6≤t＜1.0mm，450～470℃；1.0≤t＜1.80mm，445～465℃；1.80≤t≤2.50mm，440～460℃。镀后冷速≥18℃/s。带速90～130m/min。退火均热温度及带速控制奥氏体化程度，影响铁素体、奥氏体比例及奥氏体稳定性；缓冷结束温度、快冷结束温度、出炉温度影响新生铁素体及镀前贝氏体含量；镀后冷速，即带钢出锌锅冷却速度，控制在18℃/s以上，主要是控制成品组织中马氏体含量，保证足够的强度。微观组织按体积百分比为：铁素体85～90％、马氏体7～12％，贝氏体3～5％。
预氧化室温度600～680℃，注入氧化室的压缩空气预热至300℃以上，氧化室内氧含量范围1.0～2.0％，露点-15～0℃。设定合理的预氧化还原参数，避免基体表面形成大量硅、锰氧化物影响浸润性，保证基板表面形成良好的抑制层，满足折弯不脱锌、不漏镀的要求。光整延伸率设定为0.6-1.2％，控制热镀锌产品表面粗糙度，满足客户冲压使用要求。不设定较大的光整延伸率，避免影响成品的拉延性能。
本发明具有以下有益效果：本发明采用C-Si-Mn-Cr的合金成分体系，C是最基本的强化元素，适量的Si元素可以“净化”铁素体基体，保证拉延性能，同时添加适量Mn、Cr元素，提高钢的淬透性，使其生成适量马氏体组织。不添加Mo、Nb等高价合金元素，降低产品的制造成本。通过采用LF+RH两次精炼、较低的过热度、合理的热轧温度、退火温度等关键参数，保证产品组织均匀、晶粒细小，无带状组织、无尺寸较大的夹杂偏析，组织配比合理，从而保证了产品有较高的扩孔性能，应用场景极大增加。另一方面，退火过程中通过控制炉内气氛及露点，使基板有良好的浸润性，使钢在镀锌时表面形成Fe2Al5抑制层，促使镀锌粘附性提高，获得较好的表面质量。
附图说明
图1为实施例1中热镀锌钢板组织图。
图2为实施例1中热镀锌钢带表面形貌图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
以下通过具体实施例1～5对本发明做进一步详细说明：
在炼钢工序，采用LF精炼+RH精炼；钢水过热度15～30℃；连铸坯可选择红送至热轧加热炉，在板坯质量合格时，优选红送至热轧加热炉，在板坯需要精整时，缓冷精整后，冷送至热轧加热炉。
具体实施例1～5中500MPa级热镀锌双相钢所用连铸坯的化学成分如表1所示，炼钢工序工艺参数如表2所示。
表1化学成分(wt％)
实施例 C Si P S N Mn Alt Cr
1 0.065 0.25 0.001 0.007 0.0040 1.42 0.035 0.20
2 0.050 0.27 0.002 0.005 0.0050 1.20 0.035 0.21
3 0.061 0.40 0.001 0.004 0.0040 1.51 0.052 0.31
4 0.080 0.32 0.002 0.007 0.0030 1.60 0.065 0.40
5 0.071 0.20 0.001 0.006 0.0035 1.39 0.046 0.20
表2炼钢工序关键工艺参数
实施例 精炼工艺路线 钢水过热度 连铸坯送轧方式
1 LF精炼+RH精炼 17 红送
2 LF精炼+RH精炼 20 红送
3 LF精炼+RH精炼 22 红送
4 LF精炼+RH精炼 15 红送
5 LF精炼+RH精炼 30 冷送
在热轧加热炉，板坯均热温度1190～1230℃，铸坯热料加热时间160～200min，铸坯凉料加热时间200～240min，出炉温度1180～1220℃；层流冷却采用前段稀疏冷却，采用540-570℃的卷取温度；热轧后，在热轧库堆垛缓冷72h。热轧工序实施例具体参数如表3。
表3热轧工艺参数
实施例 坯料种类 均热温度/℃ 加热时间/min 出炉温度/℃ 卷取温度/℃ 热轧卷堆垛缓冷时长/h
1 热料 1220 200 1220 550 72
2 热料 1220 180 1200 570 72
3 热料 1190 190 1180 555 72
4 热料 1210 160 1210 560 72
5 凉料 1230 230 1220 540 72
冷轧总压下率52～70％。酸洗冷连轧后带钢反射率≥70％。热轧卷经酸洗冷连轧工序变为冷硬卷，酸洗冷连轧工序实施例具体参数如表4。
表4酸洗冷连轧工序工艺参数
实施例 冷轧总压下率/％ 带钢反射率
1 52 70
2 55 73
3 62 72
4 55 71
5 70 73
连续热镀锌工序，连续退火均热温度：790～810℃；缓冷结束温度：670～690℃；快冷结束温度：440～460℃；出炉温度：0.6≤t＜1.0mm，450～470℃；1.0≤t＜1.80mm，445～465℃；1.80≤t≤2.50mm，440～460℃。镀后冷速≥18℃/s。带速90～130m/min。预氧化室温度600～680℃，注入氧化室的压缩空气预热至300℃以上，氧化室内氧含量范围1.0～2.0％，露点-15～0℃。光整延伸率设定为0.6-1.2％。冷硬卷经连续热镀锌工序，最终成为成品，连续热镀锌工序实施例具体参数如表5、表6。
表5连续热镀锌工序工艺参数
表6预氧化还原工艺参数
实施例 预氧化室温度/℃ 压缩空气预热温度/℃ 氧化室内氧含量/％ 露点/℃
1 650 310 1.0 -15
2 600 340 1.5 -5
3 680 330 2.0 0
4 669 325 1.2 -12
5 640 336 1.3 -10
热镀锌钢板的微观组织按体积百分比为：微观组织按体积百分比为：铁素体85～90％、马氏体7～12％，贝氏体3～5％。
热镀锌钢板屈服强度310～350MPa，抗拉强度500～540MPa，断后延伸率A80：24～28％，拉伸应变硬化指数n0：0.15～0.19，扩孔率λ：70～90％。实施例1-5中热镀锌钢板力学性能如表7。
表7热镀锌钢板力学性能
实施例 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后延伸率A80/％ 拉伸应变硬化指数n0 扩孔率λ/％
1 312 510 28 0.19 75
2 345 538 26 0.18 79
3 337 529 27 0.18 70
4 328 526 26 0.17 85
5 339 533 27 0.18 86
本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (3)

1.一种低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）炼钢、连铸工序：
1）采用LF精炼+RH精炼；
2）钢水过热度15～30℃；
3）连铸坯红送至热轧加热炉；
（2）热轧工序：
板坯均热温度1190～1230℃，铸坯热送加热时间160～200min，出炉温度1180～1220℃；层流冷却采用前段稀疏冷却，采用540-570℃的卷取温度；热轧后，在热轧库堆垛缓冷72h；
（3）酸洗冷连轧工序：
冷轧总压下率52~70%，酸洗冷连轧后带钢反射率≥70%；
（4）连续热镀锌工序：
连续退火均热温度：790~810℃；缓冷结束温度：670~690℃；快冷结束温度：440~460℃；出炉温度：0.6≤t＜1.0mm，450~470℃；1.0≤t＜1.80mm，445~465℃；1.80≤t≤2.50mm，440~460℃；镀后冷速≥18℃/s，带速90~130m/min，预氧化室温度600~680℃，注入氧化室的压缩空气预热至300℃以上，氧化室内氧含量范围1.0~2.0%，露点-15~0℃，光整延伸率设定为0.6-1.2%；
钢板化学成分按质量百分比为：C：0.05%～0.08%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.20%～1.60%，Cr：0.2%～0.4%，P≤0.020%，S≤0.007%，Alt：0.035%～0.065%，N≤0.0050%，其余元素是Fe及不可避免的杂质；微观组织按体积百分比为：铁素体85～90％、马氏体7～12％，贝氏体3~5%。
2.如权利要求1所述的低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板的制备方法，其特征在于，钢板屈服强度310~350MPa，抗拉强度500~540MPa，断后延伸率A80：24~28%，拉伸应变硬化指数n0：0.15~0.19，扩孔率λ：70~90%。
3.如权利要求1所述的低成本高扩孔性能500MPa级热镀锌双相钢板的制备方法，其特征在于，钢板厚度0.6~2.5mm，热镀锌钢板无漏镀，无折弯脱锌，抑制层连续致密，表面质量良好。
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