一种连续退火工艺生产的各向同性钢及其制造方法

摘要

本发明涉及一种各向同性钢板及其制造方法，特别涉及一种连续退火工艺生产的各向同性钢及其制造方法。需要解决的技术问题是：提供一种制造工艺实施难度小，大大有利于提高生产效率和稳定工艺的一种连续退火工艺生产的各向同性钢及其制造方法。技术方案是：一种连续退火工艺生产的各向同性钢，其组成成分的重量百分比为：C：0.005～0.020％，Si：≤0.30％，Mn：0.10～0.80％，P：≤0.08％，S：≤0.02％，N：≤0.005％，B：0.0005～0.002％，Ti：0.005～0.03％，Al：0.03％～0.06％，余量为Fe和不可避免杂质组成。按上述化学成分进行冶炼和铸造，通过Ar3以上温度热轧，550～650℃中高温卷取，冷轧、720～800℃保温60－200s和平整后，获得成品。

说明书

技术领域：本发明涉及一种各向同性钢板及其制造方法，特别涉及一种连续退火工艺生产的各向同性钢及其制造方法。

背景技术：汽车工业出于减重节能的需要，要求兼具高强度和高成形性的钢板。各向同性钢就是一种具有这种特点的钢板，它主要用于汽车外板制造，它具有较低的Δr值(Δr＝(r0+r90-2×r45)/2)，在成形时材料在各个方向上的稳定流动和相互协调，不受相邻硬化区阻碍，有利于获得良好的加工成形性。目前冷轧钢板的制造可以通过分批退火和连续退火两种工艺路径，前者在生产中，退火温度较低一般为600-700℃，但退火周期较长，一般为几个小时到十几个小时。由于是紧卷退火，钢卷不同部位退火温度和保温时间的均匀性差，钢板力学性能的均匀性受到影响。连续退火温度高，一般高于720℃，保温时间短，一般为几十秒，带钢温度均匀，有利于获得均一的力学性能。因此，一般认为连续退火优于分批退火。通过查新检索到如下各向同性钢的发明专利：其一，专利号为DE3843732，该专利包括在日本、美国、俄国等国的同族专利17个.在我国未发现相关专利。其专利的化学成分为：0.03∽0.10％C，≤0.40％Si，0.10∽1.0％Mn，≤0.08％P，≤0.02％S，≤0.009％N，0.015∽0.080％Al，0.01∽0.04％Ti，≤0.15％的Cu、V和Ni中的一种或几种，其它为Fe和不可避免杂质组成。通过Ar3以上温度热轧，低温卷取(420～620℃)，冷轧、分批退火(700℃)和平整后，可以获得较低的Δr值。该专利采用添加微Ti和分批退火生产各向同性钢。采用分批退火方式，钢卷不同部位的温度和保温时间存在较大差异，钢板力学性能的稳定性和均匀性较差。另外，分批退火生产需要时间较长，生产效率较低。其二，专利号为：US5906690的专利及其同族专利(我国未见相关专利)。其专利的化学成分为：0.015∽0.08％C，≤1.0％Si，≤1.8％Mn，0.01-0.1％P，≤0.02％S，≤0.008％N，≤0.080％Al，另外含有Ti、V、Nb、Zr中的一种或几种，其它为Fe。通过Ar3以下温度终轧(≤850℃)，高温卷取(＞650℃)，冷轧(55-85％)、连续退火(800℃)和平整后，可以获得较低的Δr值。该专利采用了Ar3以下的低温轧制(≤850℃)，高温卷取(＞650℃))。在低温区进行轧制，钢板变形抗力大大高于Ar3以上，轧机的负荷大大增加，影响设备寿命并且浪费能源；另外，Ar3以下为双相区，随着温度的降低将不断发生相变，在相变区轧钢会导致轧制负荷的严重波动，影响控制精度甚至造成工艺失控。因此，采用上述工艺生产各向同性钢，在大多数现有热轧设备上基本不可行，即使勉强可以生产，在规格方面也有很大局限。寻求更为合理的连续退火制造各向同性钢的技术，可以提高各向同性钢制造的稳定性，具有较高的经济和社会效益。

发明内容：本发明的目的是提供一种连续退火工艺生产的各向同性钢及其制造方法，需要解决的技术问题是：减轻连续退火工艺生产各向同性钢时的轧机负荷，控制各向同性钢轧制的相区为单相奥氏体区，提高轧制精度。本发明的技术方案是：一种连续退火工艺生产的各向同性钢，其组成成分的重量百分比为：

C：0.005～0.020％， Si：≤0.30％，

Mn：0.10～0.80％，  P：≤0.08％，

S：≤0.02％，       N：≤0.005％，

B：0.0005～0.002％，Ti：0.005～0.03％，Al：0.03％～0.06％，

余量为Fe和不可避免杂质组成。

制造方法为：按上述化学成分进行冶炼和铸造，通过Ar3以上温度热轧，中高温卷取(550～650℃)，冷轧、720～800℃退火60-200s，然后冷却和常规过时效，经平整后，获得成品。本发明钢经上述处理后，可以获得较低的Δr值。

本发明钢选择化学成分及其范围的原因如下：C小于0.02％，使铁素体相区的温度范围大大上升，即使退火温度较高(720℃以上)的连续退火条件下，退火温度也只是在铁素体区，而不发生相变，这做为连退退火控制Δr值的一个重要的新手段。Si在钢种做为残留元素存在，不特意添加。Mn是做为调节钢的强度的元素而加入，为了兼顾强度和塑性，含量最好控制在0.20∽0.5wt％。P在钢中起到强化的作用，其添加量与钢板的强度有关。Al在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用。N的在钢中起到调节强度和Δr值的作用，其添加量对Ti的行为有显著影响。B在钢中起到改善Δr值和抗时效性的作用，起到部分固定N的作用。它的优点是添加量波动时对钢的强度影响较小。Ti在钢中起到固定氮、阻碍再结晶和获得细小的晶粒的作用，通过Ti的溶质拖曳效应，抑制织构强度的增加，起到改善Δr值的作用。本发明钢选择工艺范围的原因如下：采用常规热轧工艺(Ar3以上终轧)，使工艺稳定性和可行性大大提高；采用常规轧制和连续退火工艺，一方面使工艺稳定性和可行性提高，另一方面和特殊的成分设计相匹配，可以获得较低的Δr值。连续退火使性能稳定性和均匀性大大提高。

本发明的有益效果是：与DE3843732的专利相比，本发明涉及含碳量为0.005～0.02％范围的低碳和微碳钢的平面各向异性的控制，采用微Ti和B复合添加，720℃以上的连续退火工艺生产。不仅成分不同、退火工艺路径和工艺参数也有明显差异。采用连续退火工艺可以大大改善钢板的性能均匀性，提高生产效率。本发明和US5906690相比在成分上有明显差异。本发明采用了的含碳量在0.005～0.02％之间的微C范围，并且采用了微Ti和B复合添加，B在可以有效弥补Ti含量波动时固定可能过剩的N元素，从而避免Ti波动较大时，Δr值失控的情况，并且B对微碳钢强度影响较小，有利于改善性能稳定性；而上述专利采用的含碳量较高，添加的元素种类为Ti、V、Nb、Zr中的一种或几种，单独添加时无法体现互补作用，复合添加时易互相影响，造成性能波动加剧。本发明和US5906690相比在热轧工艺上有本质差异。本发明采用了较高的常规热轧工艺(Ar3以上)和常规卷取工艺，制造工艺实施难度小，大大有利于提高生产效率和稳定工艺。而US5906690采用Ar3温度以下的低温终轧和高温卷取。在两相区进行轧制，热轧温度低，轧机负荷大，轧制负荷易波动，可实施性很差。采用过高的卷取温度，造成氧化皮增厚，不利于钢板表面质量，酸洗时耗酸量增加，不利于环保。本发明钢通过上述的成分设计，在常规的热轧和冷轧工艺条件下，可以利用连续退火工艺生产各向同性钢，大大提高了制造便利性和性能稳定性，从这一角度而言，优于原有发明。发明钢经冶炼、热轧、冷轧、退火、平整和电镀锌后可以用于汽车外板的制造和其它对强度和成形性都有一定需求的零件。具有较好的应用前景。

具体实施方式：表1表示试验钢的化学成分，A1-A4为本发明钢，B1-B3为对照专利钢的成分。表1发明钢和比较钢的化学成分重量百分比，wt％

  类别  钢号  化学成分，wt％  C  Si  Mn  P  S  Al  B  Ti  N  本发明钢  A1  0.02  0.02  0.16  0.01  0.005  0.051  0.0007  0.025  0.0045  A2  0.015  0.01  0.15  0.01  0.005  0.044  0.001  0.013  0.0037  A3  0.0094  0.01  0.36  0.011  0.005  0.051  0.002  0.02  0.0031  A4  0.007  0.01  0.20  0.012  0.005  0.045  0.0015  0.01  0.004  对照钢  B1  0.037  0.02  0.19  0.008  0.012  0.041  0  0.011  0.0031  B2  0.052  0.01  0.18  0.014  0.011  0.033  0  0.038  0.0041  B3  0.062  0.02  0.17  0.073  0.008  0.045  0  0.044  0.0048

试验钢经冶炼、热轧、冷轧、退火和平整后得到的强度、延伸率和平面各向异性的情况见表2所示。从表2可以看出，发明钢的热轧工艺和对照用钢的热轧工艺有本质的不同，发明钢采用常规的奥氏体区终轧，和中低温卷取的工艺，而对照钢种则采用了低温两相区终轧和高温卷取的工艺。从性能看，对照钢种和发明钢的平面各向异性(Δr值)均很低，发明钢的Δr值为正，而对照钢Δr值为负，表明发明钢的成形性优于对照钢，这从发明钢的延伸率明显优于对比钢种同样可以看出。本发明钢在保证较好的平面各向异性的基础上，通过适当的成分设计，采用常规的热轧和冷轧工艺条件，可以利用连续退火工艺生产各向同性钢，大大提高了制造便利性和性能稳定性，从这一角度而言，优于原有发明。

表2  试验钢的力学性能

  钢号  终轧  温度  卷取  温度  冷轧  退火  温度  平整  σ_aMpa  σ_b，Mpa  σ₅，％  Δr  A1  880℃  550℃  65-75％  720℃  1.4％  303  402  33  0.10  A1  880℃  600℃  65-75％  750℃  1.4％  296  396  34  0.13  A1  880℃  650℃  65-75％  780℃  1.4％  279  381  36  0.21  A2  880℃  550℃  65-75％  720℃  1.4％  282  382  38  0.14  A2  880℃  600℃  65-75％  750℃  1.4％  283  375  37  0.16  A2  880℃  650℃  65-75％  780℃  1.4％  275  380  36  0.20  A3  880℃  550℃  65-75％  720℃  1.4％  288  380  36  0.12  A3  880℃  600℃  65-75％  750℃  1.4％  270  360  40  0.16  A3  880℃  650℃  65-75％  780℃  1.4％  270  366  39  0.20  A4  880℃  550℃  65-75％  750℃  1.4％  255  370  42  0.24  A4  880℃  600℃  65-75％  780℃  1.4％  243  360  44  0.26  B1  800  695  55-85％  800℃  1-1.2％  231  345  36  -0.06  B2  810  730  55-85％  800℃  1-1.2％  286  393  33  -0.07  B3  825  725  55-85％  800℃  1-1.2％  334  436  32  -0.02