具有耐候性的超高强度冷轧双相钢及其制造方法

摘要

本发明提供了一种具有耐候性的超高强度冷轧双相钢及其制造方法，该钢板的成分按重量百分比（wt.%）计如下：C：0.10%～0.16％，Si：0.10%～0.50%，Mn：1.4%～2.2%，Cr：0.30%～0.79%，Ni：0.08%～0.20%，Cu：0.20%～0.50％，Nb：0.01%～0.05%，Ti：0.02%～0.05%，Al：0.015%～0.045%，P≤0.020%，S≤0.007%，N≤0.008%，余量为Fe以及不可避免的杂质。方法：按照上述化学成分经过冶炼，连铸，获得铸造板坯；板坯再加热温度为1250℃以上，精轧开轧温度1040℃～1100℃，终轧温度880℃～930℃，卷取温度为580℃～660℃；冷轧压下率为60%～70%；缓慢冷却配合快速冷却两阶段的连退退火。采用本发明可得到屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度800MPa以上，延伸率在5%以上的具有耐候性的超高强度冷轧双相钢。

说明书

技术领域

本发明属于高强度冷轧双相钢生产技术领域，尤其涉及一种用于 集装箱、汽车等的具有耐候性的超高强度冷轧双相钢及其制造方法。

背景技术

对于集装箱运输而言，迫切需要轻质的集装箱以增加单次可运输 的货物重量，发展趋势则是越来越多地使用长45至53英尺的集装箱。 因此，制造轻质集装箱首先考虑的一点就是通过制造高强度钢以减少 钢板厚度。由于受到热轧机组厚度方面的限制，采用热轧生产的耐候 钢板的厚度一般较厚。为了适应钢板减薄的需求，开发屈服强度 700MPa及其以上的超高强度冷轧耐候钢板越来越受到集装箱用户的 青睐，这种级别的钢板能够有效减少钢材耗用量以降低制造成本。超 高强度钢板在钢厂生产比一般强度级别的钢难度大，对设备要求高， 并且质量控制比较难。

国外超高强度冷轧双相钢连续退火过程多采用水淬+回火的方 式，其冷却能力可以达到1000-2000℃/s，对于国内大多数钢厂还不 具备高强钢专用生产线的条件，如何在不采用水淬+回火连退线的基 础上，利用国内钢厂现有连退设备采用快冷+过时效方法生产700MPa 级以上具有耐候性的超高强度冷轧双相钢，成为国内科研人员研发的 重点。

CN101376950A公开了“一种超高强度冷轧耐候钢板及其制造方 法”。其化学成分为：C0.09%～0.16%，Si0.20%～0.60%，Mn1.00%～ 2.00%，P≤0.030%，S≤0.015%，N≤0.008%，Al0.02%～0.06%， Cu0.20%～0.40%，Cr0.40%～0.60%，Mo0.05%～0.25%，（Nb+Ti） 0.04%～0.08%，其它为Fe和不可避免杂志。该技术的钢，其屈服强 度700～1000MPa、抗拉强度800～1070MPa、延伸率5～14%。但其 化学成分中添加了贵重金属Mo，本发明与其相比，更具有成本优势。

CN101553586A公开了“具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢 板及其制造方法”。其化学成分为：C0.10%～0.20%，Si0.05%～0.25%， Mn1.0%～2.5%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al0.02%～0.07%， Nb0.02%～0.08%，Ni0.05%～0.30%，Cu0.1%～0.5%，Cr0.8%～1.5%， Co0.01%～0.10%，以及余量的铁和其它不可避免的杂质。该文献公 开的技术于1150至1300℃再加热，于750至930℃的精轧温度热轧， 于400至650℃卷取，在（A1转变点+30℃）至（A3转变点或以下） 连续退火。该技术的钢屈服强度最大在500MPa以下。

CN102011060A公开了“一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧 钢板及其制造方法”。其化学成分为：C0.03%～0.07%，Si≤0.35%， Mn0.1%～1.8%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cu0.25%～0.50%， Cr0.25%～0.80%，Ni0.05%～0.30%，Ti0.06%～0.20%，其它余为Fe 和不可避免的杂质。该文献公开的技术在500℃至A1转变点的温度 范围内使所述钢材在罩式退火炉中退火。这种技术仅适合小批量生 产，难以满足大批量生产的需求，且钢卷整卷的均匀性不易保证。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种一种具有耐 候性的超高强度冷轧双相钢及其制造方法，该钢板屈服强度能够达到 700MPa以上，满足集装箱、汽车等行业对超薄、超高强度钢板的需 求。

本发明目的是这样实现的：

具有耐候性的超高强度冷轧双相钢，其特征在于，该钢板的成分 按重量百分比（wt.%）计如下：C：0.10%～0.16％，Si：0.10%～0.50%， Mn：1.4%～2.2%，Cr：0.30%～0.79%，Ni：0.08%～0.20%，Cu：0.20%～ 0.50％，Nb：0.01%～0.05%，Ti：0.02%～0.05%，Al：0.015%～0.045%， P≤0.020%，S≤0.007％，N≤0.008%，余量为Fe以及不可避免的杂质。

钢板微观结构主要由铁素体+马氏体组成，还可能存在少量贝氏 体，按面积百分比计：铁素体为57%-70%，马氏体为30%-40%，贝 氏体为0-3%。

本发明成分设计理由如下：

C是重要的强化元素，提高马氏体的强度，影响马氏体的含量。 C含量太低，同一临界区退火温度加热时铁素体和奥氏体两相区内的 奥氏体量减少，得到的马氏体量也相应减少，难于保证强度，C含量 太高不利于焊接性能，本发明钢中C含量控制在0.10%～0.16%。

Si是铁素体形成元素，它加速碳向奥氏体的偏聚，使铁素体进一 步净化，同时Si可以扩大铁素体、奥氏体两相区，使临界区处理的 温度范围加宽，Si含量过高不利于焊接性和板材表面质量，本发明钢 中Si含量控制在0.10%～0.50%。

Mn可提高钢的淬透性，因而降低两相区加热后，冷却过程中所 获得马氏体的临界冷却速度。但是Mn含量过高，易于形成高硬度的 马氏体带状组织，对组织均匀性不利，本发明钢中Mn含量控制在 1.4%～2.2%。

Cr提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，当Cr的量超过0.80%时 会导致裂隙腐蚀，并显著增加生产成本，同时降低塑性和韧性，本发 明钢中Cr含量控制在0.30%～0.80%。

Ni提高钢的淬透性，提高钢的耐大气腐蚀能力，同时与Cu一起 用可以改善含Cu钢易于产生热脆的问题，但是其价格昂贵，本发明 钢中Ni含量控制在0.08%～0.20%。

Cu提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，当加入铜的量小于 0.20%，难以保证所需的耐蚀性，当加入的铜的量超过0.50%时，可 能在钢的铸造过程中产生晶界裂纹，热轧板的表面也可能会变得粗 糙。本发明钢中Cu含量控制在0.20%～0.50％。

Nb是强碳氮化物形成元素，可形成细小的碳化物和氮化物，抑 制奥氏体晶粒的长大，在轧制过程中可以提高再结晶温度，抑制奥氏 体的再结晶，保持形变效果从而细化铁素体晶粒，并以析出物的形式 强化铁素体基体。在本发明钢中Nb含量控制在0.01%～0.05%。

Ti形成高温下非常稳定的TiN，在热加工前的再加热过程中抑制 奥氏体的晶粒长大。钛含量过低将不能得到足够体积分数的TiN来有 效阻止晶粒粗化，钛含量过高将导致粗大的液态析出TiN的出现而不 能起到阻止晶粒长大的作用。本发明钢中Ti含量控制在0.02%～ 0.05%。

Al为脱氧和晶粒调整而加入的，能与氮结合，消除氮的危害， 且可细化晶粒，当铝加入过量时，钢中形成的夹杂物增加而使钢的可 加工性劣化。本发明钢中Al含量控制在0.015%～0.045%。

N是冶炼过程中存在的元素，需要将其控制在一定的范围。在本 发明中控制N≤0.008%，优选为N≤0.006%。

P和S为钢中杂质元素，显著降低塑韧性和焊接性能，控制较低 的P、S有利于提高性能。本发明钢中控制P≤0.020%，S≤0.007%。

具有耐候性的超高强度冷轧双相钢的制造方法，包括冶炼—连铸 —加热—热轧—冷轧—连续退火—平整，

（1）按照上述化学成分经过冶炼，连铸，获得铸造板坯；

（2）将所述铸造板坯经过加热、热轧工序，制得热轧板，再加 热温度为1250℃以上，精轧开轧温度1040℃～1100℃，终轧温度 880℃～930℃，卷取温度为580℃～660℃；

（3）冷轧压下率为60%～70%；

（4）连续退火采用750℃～810℃保温110s～170s，750℃～810℃ 保温，如果低于750℃，则不能形成足够的奥氏体，如果温度超过 810℃，则会由于奥氏体的体积分数增加，奥氏体中碳和合金元素减 少，奥氏体岛的淬透性下降；并以3℃/s～10℃/s速度喷气冷却到 680℃～710℃，该段冷却保证奥氏体少分解。温度过低，造成奥氏体 过多分解，温度过高，则不利于板形；接着以40℃/s～60℃/s的冷速 喷气冷却到200℃～260℃，为了保证奥氏体充分向马氏体转变，必 须加大冷速。温度高于260℃，马氏体量不够；温度低于200℃，超 出设备能力极限；然后再加热到340℃～400℃回火300s～520s，过 时效温度过低，马氏体岛不能分解，导致屈服强度不足；过时效温度 过高，马氏体岛分解过多，导致抗拉强度下降过多，不能满足要求；

（5）再经过0.8%～1.4%平整延伸率进行平整，平整是冷轧生产 的重要工序，主要作用是消除退火带钢的屈服平台。本发明之所以采 用0.8%以上的平整延伸率，是为了使带钢重新发生加工硬化，提高 屈服强度，而高于1.4%超出设备能力。

本发明通过合理的成分设计并配以适宜的连退工艺，在适中的碳 和合金元素的含量下，获得具有耐候性的超高强度冷轧双相钢，钢板 屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度800MPa以上，延伸率在5% 以上的具有耐候性的超高强度冷轧双相钢，并具有细晶粒铁素体与马 氏体双相组织，，还可能存在少量贝氏体，按面积百分比计：铁素体 为57%-70%，马氏体为30%-40%，贝氏体为0-3%，铁素体平均晶粒 尺寸为2.2μm，另外在铁素体基体上还分布着一定量的合金渗碳体。 采用气冷+过时效的连续退火方式就可以生产，不需要带有水淬能力 的连续退火设备，免除酸洗的工序，表面质量更好，更容易生产，适 用于集装箱和汽车等行业的轻量化发展需求，具有一定的应用前景。

附图说明

图1为本发明钢实施例2的显微组织图。

图2为本发明钢实施例2的析出相。

图3为本发明钢实施例2的能谱照片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、轧制、 连续退火、平整。本发明实施例钢的冶炼成分见表1。本发明实施例 钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的性能见表3。本发明实 施例钢盐雾腐蚀试验结果见表4。

表1本发明实施例钢的冶炼成分，wt%

表2本发明实施例钢的主要工艺参数

表3本发明实施例钢的性能

表4盐雾腐蚀试验结果

作为耐候性试验，在35℃下于5%NaCl溶液中进行31天的盐雾试验，喷雾量1-2ml/h。 结果列于表4中。本发明钢的耐大气腐蚀性能明显优于Q235，与SPA-H实物水平相当。