时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法

摘要

本发明公开了一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢，其化学成分质量百分比为：C：0.0013-0.0025％；Mn：0.60-0.7％；Si≤0.031％；P：0.03-0.04％；S：0.005-0.015％；Alt：0.02-0.06％；Ti：0.003-0.012％；Nb：0.003-0.01％；N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质。本发明还公开了一种生产上述时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的方法。本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，通过对热轧、冷轧和连续退火等工艺进行优化的基础上，所生产的连续退火钢板具有低时效指数，提高了产品抗时效性能，解决了超低碳烘烤硬化钢由于抗时效时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷问题。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种时效指数小于20MPa的 超低碳烘烤硬化钢及其生产方法。

背景技术

超低碳烘烤硬化钢是一种在冲压成形前具有较低的屈服强度，经过冲 压成形，通过烤漆温度时效处理后，屈服强度可以得到一定程度提高的优 质汽车用钢板，主要用于汽车外板。此产品特点是：实现了产品强度、深 冲性能和零件抗凹陷性能三者的有机结合。与此同时，此产品缺点为如果 时效指数(AI值＞30MPa)，产品冲压时容易引起冲压桔皮。采用的烘烤 硬化钢时效指数大于30MPa，生产2个月后冲压车门外板零件产生冲压应 变痕，与变形方向成45度角，严重影响外板表面质量。产生此冲压应变痕 本质原因为产品固溶碳含量控制较大，引起时效指数较大，大于30MPa。 因此，生产出一种时效指数小于20MPa的烘烤硬化钢产品具有很大实际应 用意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种解决现有超低碳烘烤硬化钢由于抗时效 时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷问题的时效指数小于 20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法。

本发明的一个方面，提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬 化钢，其化学成分质量百分比为：

C：0.0013-0.0025％；Mn：0.60-0.7％；Si≤0.031％；P：0.03-0.04％； S：0.005-0.015％；Alt：0.02-0.06％；Ti：0.003-0.012％；Nb：0.003-0.01％； N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质。进一步地，Nb、Ti成分体系的 加入量及与C含量配比比例满足5≤C(eff)≤15，其中 C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93。

本发明的另一个方面，提供了一种生产上述时效指数小于20MPa的超 低碳烘烤硬化钢的方法，包括：

将钢水通过精炼后连铸获得板坯；

将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热 轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；

将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；

将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢，所述进行连续退火处理时， 预热段将所述带钢由室温进入连续退火炉，并在所述连续退火炉内的非氧 化性气氛中连续经过17秒加热至240℃；然后在加热段将所述带钢经280 秒进一步加热到770℃,保温75s；

将所述带钢经平整后卷取成成品。

进一步地，所述进行连续退火处理时，缓冷段将所述带钢经21秒冷却 至650℃；快冷段将所述带钢经4.8秒冷却至380℃；时效段将所述带钢经 276秒冷却至350℃，终冷段将所述带钢水冷却至室温。

进一步地，所述连续退火炉内的非氧化性气氛中的介质为H₂和N₂。

进一步地，将所述带钢经平整时，平整延伸率为1.3±0.2％。

进一步地，所述将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板 时，加热温度为1250±30℃，终轧温度为900±20℃。

进一步地，所述将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷时， 卷取温度为710±20℃。

进一步地，所述将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷时，冷轧压下率大 于等于80％。

本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生 产方法，通过优化成分设计，调整和优化热轧、冷轧和退火工艺参数、平 整工艺参数，成功生产出时效指数小于20MPa(AI＜20MPa)的超低碳烘 烤硬化钢，通过对热轧、冷轧和连续退火等工艺进行优化的基础上，所生 产的连续退火钢板具有低时效指数，提高了产品抗时效性能，解决了超低 碳烘烤硬化钢由于抗时效时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷 问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬 化钢的NbC溶解度曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢，其化学 成分质量百分比为：C：0.0013-0.0025％；Mn：0.60-0.7％；Si≤0.031％；P： 0.03-0.04％；S：0.005-0.015％；Alt：0.02-0.06％；Ti：0.003-0.012％；Nb： 0.003-0.01％；N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质。

本发明中将C元素的含量控制在0.0013-0.0025％，精确控制为超低碳 范围，其与本发明中Ti、Nb元素共同配合，达到控制固溶碳含量目的， 另外超低碳范围碳含量能够提高最终产品延伸率。为使产品固溶碳原子量 控制在5-15ppm之间，Nb、Ti成分体系的加入量及与C含量配比比例还 需满足5≤C(eff)≤15，其中C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93。由 于钢中化合物析出温度不同，而碳、氮原子固溶量与钢中Ti、Nb元素含 量有关，因此需要判断C、N、Ti、Nb元素形成化合物情况，公式中操作 的目的为计算钢中碳元素形成化合物TiC、NbC含量，用总的碳含量减去 碳原子形成化合物所消耗的量即为固溶碳原子含量。本发明在成分存在范 围波动时，能够保证无论波动至上限或是下限均能保证成品最终固溶碳在 5-15ppm范围内，能通过精确控制固溶碳原子含量，进而精确控制成分时 效指数AI值小于20MPa。

以固溶态存在钢中的锰，会提高材料的强度，降低材料的塑性。但锰 含量太低时，钢将失去防止热脆的能力。因此，本发明采用0.60-0.7％的 Mn含量，在保障产品抗拉强度的前提下，同时具有良好的成形性。

本发明中Si元素含量较低，目的为最终产品可同时应用在热镀锌基 板，低的Si含量能够保证镀锌产品表面不存在漏镀锌。

P以置换固溶方式存在本发明成分体系产品中，作用为通过固溶强化方式 提高最终产品抗拉强度≥340MPa，另外为降低产品冷脆性，将P含量上限 限定为0.04％。

S元素为杂质元素，视炼钢设备情况尽量控制在靠下限区间。

Al元素在本发明中作用为脱氧剂，热轧时少量Al含量可细化晶粒， 提高冲击韧性。

Ti元素为本发明中关键元素之一，与N、C元素形成化合物，通过其 与C、Nb元素共同配合控制最终成品固溶碳含量区间在5-15ppm。

Nb元素为本发明中关键元素之一，与C元素形成化合物，通过其与C、 Ti元素共同配合控制最终成品固溶碳含量区间在5-15ppm。

N元素为本发明中为炼钢残余元素，不需人工增加。但此残余元素与 Ti元素形成TiN化合物，间接影响最终产品固溶碳含量，因此本发明需严 格控制N元素含量≤0.003％以保证最终产品固溶碳含量区间在5-15ppm。

本发明的另一个方面，提供了一种生产上述时效指数小于20MPa的超 低碳烘烤硬化钢的方法，包括：

步骤S1：将钢水通过精炼后连铸获得板坯；

步骤S2：将板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将热 轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；加热温度为1250±30℃，终轧 温度为900±20℃。卷取温度为710±20℃。在加热含铌钢时，当加热温度 达1250℃时铌的化合物Nb(C、N)分解。晶粒长大比较均匀。为了使加工 后的钢材具有细小而均匀的晶粒，固以1250℃加热温度为宜。如果加热 温度低，此时奥氏体晶粒大小不均，使加工后的钢材易产生混晶。如果加 热温度高，则晶粒过分长大，使钢材在加工后晶粒难以细化。另，由于Nb(C、 N)的析出，约从930℃起，可认为奥氏体晶粒变形后基本上不发生再结晶， 因此终轧温度定为900℃。卷曲温度过高会影响最终成品抗拉强度，所以 卷曲温度设定为700℃。

步骤S3：将热轧卷通过冷轧获得冷硬卷，一定的冷轧压下率是随后连 续退火再结晶的驱动力，并决定了再结晶形核点的多少，本发明实施例根 据不同的带钢厚度规格，将冷轧压下率控制在大于等于80％。冷轧压下率 控制在大于等于80％。目的为使产品具有一定的形变存储能，配合后续热 处理工艺使产品得到良好的再结晶组织及成品性能。现有技术中一般要求 产品冷轧压下率在70％以上即可，而本专利冷轧压下率控制在大于等于 80％，解决产品热处理过程中需要一定的形变储存能才能完成再结晶，带 来成品性能达到标准要求效益。

步骤S4：将冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；

步骤S5：将带钢经平整后卷取成成品，为了改善烘烤硬化钢产品板形及 得到一定的表面粗糙度，本发明实施例平整延伸率控制在1.3±0.2％。通过 适当平整量，能消除退火产品最初的屈服平台，解决成品在冲压时出现吕 德斯带缺陷，使得产品满足汽车外板件表面要求。

步骤S4中将冷硬卷经过连续退火处理获得带钢包括：

步骤S41：预热段将带钢由室温进入连续退火炉，并在连续退火炉内 的非氧化性气氛中连续经过17秒加热至240℃,连续退火炉内的非氧化性 气氛中的介质为H₂和N₂。该操作的目的是为尽量减少产品再结晶前内应 力，使得产品再后续处理过程中不出现由于内应力过大而发生炉内瓢曲。 在H₂和N₂介质中处理目的为保证产品带钢表面不发生氧化，最终能够得 到表面光亮的钢材基板。

步骤S42：然后在加热段将带钢经280秒进一步加热到770℃，保温 75s，必须保证温度在790℃以下才能有效防止NbC析出物溶解而增加固溶 碳含量。此过程微观纤维条状晶粒经加热后逐渐发生再结晶，温度必须保 证小于770℃以保证碳化铌不分解，保温75s，此过程使得超低碳烘烤硬化 钢组织充分再结晶。根据固溶度公式，应用本发明成分体系，计算NbC溶 解度曲线如图1所示。由图1可以看出本发明成分体系NbC分解温度在 790℃-820℃范围内，因此必须保证在790℃以下防止NbC析出物溶解成 碳、铌原子而增加产品整体碳原子固溶含量，再考虑到目前连续退火设备 温度控制误差范围，固将再结晶温度设定为770℃，目的为得到时效性良 好的烘烤硬化钢产品。保温75s，此过程使得超低碳烘烤硬化钢组织充分 再结晶。

步骤S43：缓冷段将带钢经21秒冷却至650℃；此过程使得产品冷却 时内应力减少，防止带钢从高温再结晶温度冷却过程中出现温度骤然降低 引起产品瓢曲变形，冷却至650℃起到缓冲作用，使得产品能保持良好板 形。

步骤S44：快冷段将带钢经4.8秒冷却至380℃；该操作的目的为迅速 冷却至目标温度，固定碳原子在材料中的固溶度。解决碳原子在缓慢冷却 过程中会以化合物的形式析出而发生变化，使得最终产品批量生产时能够 得到稳定的烘烤硬化值及AI值水平。

步骤S45：时效段将带钢经276秒冷却至350℃。经过此相对长时间 低温热处理过程，稳定碳原子在基体中的溶解度水平，使得最终产品碳原 子溶解度区域稳定，保证批量生产时带钢时效指数稳定并能够保证带钢力 学性能有效期更长。

步骤S46：终冷段将带钢水冷却至室温。

经上述工艺后，本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤 硬化钢的时效指数(AI值)＜20MPa，屈服强度平均在230MPa左右，抗 拉强度平均在350MPa左右，延伸率在38％以上。

本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生 产方法，通过优化成分设计，调整和优化热轧、冷轧和退火工艺参数、平 整工艺参数，成功生产出时效指数小于20MPa(AI＜20MPa)的超低碳烘 烤硬化钢，通过对热轧、冷轧和连续退火等工艺进行优化的基础上，所生 产的连续退火钢板具有低时效指数，提高了产品抗时效性能，解决了超低 碳烘烤硬化钢由于抗时效时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷 问题。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例一：

本实施例提供了一种时效指数小于20MPa(AI＜20MPa)的(Nb+Ti) 复合添加超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为： C，0.0015％；Mn，0.62％；Si，0.030％；P，0.032％；S，0.006％；Alt， 0.025％；Ti，0.005％；Nb，0.004％；N，0.002％，余量为Fe及不可避免 杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1230；终轧温度：910℃；卷取温度： 700℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在80％，成分控制还需满足如下关系式： 5≤C(eff)≤15，其中C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93。连续退火工 艺中预热段将带钢由室温进入炉内介质由H₂和N₂组成的非氧化性气氛中 连续经过17秒加热至240℃；加热段将带钢经280秒进一步加热到770℃, 保温75s；缓冷段将带钢经21秒冷却至650℃；快冷段将所述带钢经4.8 秒冷却至380℃；时效段将所述带钢经276秒冷却至350℃，终冷段将所述 带钢水冷却至室温。

按照上述工艺处理后烘烤硬化钢钢性能结果如表一、表二所示：

表一 超低碳BH钢性能

表二 超低碳BH钢AI值

通过本发明生产的连续退火钢板具有较低时效指数AI值小于20MPa， 提高了产品抗时效性。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于 20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为： C，0.0017％；Mn，0.64％；Si，0.028％；P，0.034％；S，0.007；Alt，0.036％； Ti，0.006％；Nb，0.006％；N，0.001％，余量为Fe及不可避免杂质。其 钢的热轧工艺控制加热温度：1250；终轧温度：890℃；卷取温度：710℃； 冷轧工艺控制冷轧压下率在82％。平整延伸率为1.3。其他地方与实施例 一完全一致。

实施例三：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于 20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为： C，0.0020％；Mn，0.66％；Si，0.025％；P，0.036％；S，0.009％；Alt， 0.040％；Ti，0.008％；Nb，0.008％；N，0.0008％，余量为Fe及不可避免 杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1260；终轧温度：905℃；卷取温度： 715℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在83％。平整延伸率为1.4。其他地方与 实施例一完全一致。

实施例四：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于 20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为： C，0.0023％；Mn，0.69％；Si，0.020％；P，0.038％；S，0.011％；Alt， 0.050％；Ti，0.009％；Nb，0.009％；N，0.0005％，余量为Fe及不可避免 杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1270；终轧温度：920℃；卷取温度： 710℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在84％。平整延伸率为1.2。其他地方与 实施例一完全一致。

实施例五：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于 20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为： C，0.0024％；Mn，0.7％；Si，0.10％；P，0.039％；S，0.013％；Alt，0.058％； Ti，0.011％；Nb，0.01％；N，0.0001％，余量为Fe及不可避免杂质。其 钢的热轧工艺控制加热温度：1280；终轧温度：880℃；卷取温度：715℃； 冷轧工艺控制冷轧压下率在85％。平整延伸率为1.5。其他地方与实施例 一完全一致。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案 而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离 本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。