一种高表面质量热镀锌TRIP钢板及其制造方法

摘要

本发明公开了一种高表面质量热镀锌TRIP钢板及其制造方法，所述热镀锌TRIP钢板的化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.15％，Mn 1.20％～1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Als 1.20％～2.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。其制造方法包括如下步骤：连铸炼钢‑‑热轧‑‑冷轧‑‑连续退火热镀锌。本发明制备得到的热镀锌TRIP钢板，其组织形态为：铁素体+贝氏体+残余奥氏体+马氏体，晶粒度等级为10.5～11级，抗拉强度为640～670MPa，屈服强度为395～465MPa，延伸率≥30％，强塑积可以达到23GPa％以上，具有良好的表面质量、力学性能和耐腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明属于热镀锌汽车用钢制造领域，具体涉及一种高表面质量热镀锌TRIP钢板及其制造方法。

背景技术

TRIP钢是指成品组织中残留奥氏体组织，奥氏体发生相变诱发塑性变形，起到相变强化的作用。TRIP钢具有高强塑性和高的碰撞吸收能力等方面的优势，被越来越多地应用在汽车制造行业，主要用于汽车安全结构件，底盘件，如：B柱内板、保险杠、防撞梁等，是非常具有应用前景的高强度汽车用钢。为了提高TRIP钢产品在使用过程中的耐蚀性，需要在钢板表面进行涂镀处理，其中应用最广泛、生产效率最高的方法就是进行连续热浸镀锌。

但是由于TRIP钢中较高的合金元素，尤其是Si和Mn在退火过程中出现选择性氧化，造成钢板表面质量下降，严重影响钢板的可镀性。由于合金元素硅、锰元素相比铁更容易与氧发生氧化反应，从工艺方面不能完全解决这个问题。通过以Al代Si和控制Si、Mn的添加量的成分设计方法，从而可以很好地解决选择性氧化问题。

现有技术中已经公开了诸多镀锌钢板及其生产方法，但是它们大多存在一定的不足。2007年6月20日公开的中国专利CN1985016A，公开了一种抗拉强度590MPa～1080MPa级的高强度热浸镀锌钢板及其制造方法，化学成分质量含量为C：(0.03～0.25)％，Si：(0.05～2.0)％，Mn：(0.5～2.5)％，P≤0.03％，S≤0.02％，Als：(0.01～2.0)％，Si+Als+Mn≥1.0％，余量为Fe和杂质。该发明根据多种性能需求给出不同的成分设计，其中均在不同程度上添加Ni、Cu、Mo、Sn、V或者B等元素。尤其Ni、Mo、V合金元素的添加，使得生产成本增加。

2009年1月28日公开的中国专利CN101353761A，公开了一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板及其制造方法。其化学成分质量含量为：C：(0.1～0.4)％，Si：(0.03～0.05)％，Mn：(0.5～2.5)％，Als：(0.5～2.0)％，P：≤0.03％，S：≤0.02％，Nb：(0.01～0.10)％，Ti：(0.01～0.10)％，Cu：(0.1～1.0)％，余量为Fe。通过控制钢中C、Mn、Nb、Ti、Cu等元素含量和工艺等措施改善TRIP钢的综合性能。添加1％的Cu元素，虽然可提高50MPa的强度，但是会损害TRIP钢的塑性，必须添加其它合金元素改善塑性，多种合金元素的复合添加使得对工艺控制的要求增加，成本提高。

2015年3月25日公开的中国专利CN104451400A，公开了一种热浸镀锌用的TRIP-added高强钢及其生产方法。其化学成分为C：(0.16～0.20)％，Als：(1.1～1.2)％，Mn：(0.6～0.8)％，P：(0.06～0.08)％，Si：(0.03～0.05)％，Nb：(0.05～0.07)％，Mo：(0.19～0.21)％，Cr：(0.19～0.21)％，余量为Fe。热轧后采用超快冷、冷轧高温短时保温、贝氏体区缓慢冷却和连续退火镀锌等工艺，能有效地缩短生产时间，提高效率。通过减少Si、Mn添加量，并添加P、Nb、Mo、Cr等合金提高强度，大幅减少在连续退火镀锌过程中的选择性氧化，提高其可镀性，保证其强塑积在20GPa％以上，但是热轧后采用超快冷技术，对设备要求明显提高，贵金属的添加也带来成本的提高。

2014年2月19日公开的中国专利CN103589952A，公开了一种稀土合金化TRIP钢。其化学成分稀土合金化TRIP钢，板坯化学成分应符合：C(0.18％～0.22)％，Si≤0.8％，Mn(1.4％～2.4)％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als≤0.8％，Nb≥0.025％，La≥0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。该发明通过稀土元素固态反应作用，平衡材料的微观结构组分的百分含量，能够获得力学性能优异，抗拉强度达到600MPa，屈服强度达到400MPa，延伸率达到20％以上。但是稀土元素商业化应用受到限制，不具有推广条件。

2014年3月12日公开的中国专利CN103627953A，公开了一种对等温时间不敏感的含铝复相钢及其生产方法。C(0.15～0.17)wt％、Si(0.10～0.20)wt％、Mn(1.45～1.55)wt％、P≤0.015wt％、S≤0.005wt％、Als(1.20～1.40)wt％、N≤0.0060wt％，余量为Fe。希望通过热轧及冷轧控制得到兼顾TRIP钢和DP钢性能特点，另一方面解决生产线可生产DP钢和TRIP钢的生产问题。其成分设计较为低廉。但该工艺中添加了RH退火炉，会带来部分的成本增加。热轧加热温度调整至1230℃～1290℃(实施例1270℃)，加热温度偏高虽易于后续热轧控制，但氧化铁皮势必增多，镀锌成品表面易出现镀层不良。

以上五种发明均能满足甚至超过600MPa级TRIP钢要求，但是合金元素的添加使得产品成本增加，同时Si、Mn等元素会造成表面镀层不良；超快冷技术对设备的要求明显提高；La原材料难以购买，不具有普遍推广条件。这些都会不利于产品的广泛推广和市场竞争。

发明内容

本发明提供了一种高表面质量热镀锌TRIP钢板及其制造方法，其化学成分设计中不添加Nb、Mo等价格昂贵的合金元素、以及恶化表面质量的Si元素，结合热轧、冷轧镀锌工艺，低成本生产出高表面质量的600MPa级热镀锌TRIP钢板。

本发明采取的技术方案为：

一种高表面质量热镀锌TRIP钢板，其化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.15％，Mn 1.20～1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Als 1.20～2.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，其化学成分及重量百分比为：C 0.14％，Mn 1.4％，P 0.020％，S 0.005％，Als 1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，其化学成分及重量百分比为：C 0.12％，Mn 1.60％，P 0.010％，S 0.003％，Als 2.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

C：C是TRIP钢中最重要的合金元素，对获得足够的力学性能是必要的，同时C作为淬透性元素，利用C在铁素体和奥氏体中的溶解度差异，C可以起到稳定残余奥氏体，尽量避免奥氏体转变为贝氏体或马氏体，保证在冷却到室温时，仍有部分残余奥氏体剩余。但是碳含量不宜过高，过高损害材料的焊接性能。因此，本发明将C含量控制在0.1～0.15％。

Mn：Mn能够促进淬硬性，通过固溶强化，提高强度，同时Mn可以促进奥氏体转变，稳定奥氏体，有助于降低马氏体开始转变温度，抑制珠光体形成。但高Mn容易导致带状组织，同时在退火的过程中容易表面富集，容易产生表面漏镀等缺陷，因此，本发明将Mn含量控制在1.2～1.8％。

P：P作为钢中的有害的杂质元素，主要固溶在钢中，P的存在会显著降低钢的韧性，导致冷加工脆性。此外，P具有严重的偏析倾向，在铁素体和奥氏体中的扩散速度很小，难以通过后续的热处理消除，通常P含量控制在0.03％以下。

S：S是钢中的有害元素，其中主要以FeS的形式存在固态钢中，其最大危害是引起钢在热加工时引起开裂，通常需要往钢中加入Mn净化钢中S。在实际控制中需要控制S的残留，通常S含量控制在0.03％以下。

Als：Al是铁素体稳定性元素，能够在保温和冷却的过程中促进铁素体的形成，抑制残余奥氏体中C转移，稳定残余奥氏体。同时Al与Si相比，不会因元素表面富集引起成品表面质量缺陷。在焊接时，如果Al含量过高，容易在焊接区域形成Al的氧化物，损害焊接性能。因此，本发明将Als含量控制在1.2～2.4％。

本发明还提供了上述高表面质量热镀锌TRIP钢板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

(1)连铸炼钢；

(2)热轧；

(3)冷轧；

(4)连续退火热镀锌。

进一步地，所述步骤(1)中，连铸中包目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，浇铸过程中采用动态轻压下，以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。

进一步地，所述步骤(2)中，铸坯出炉温度控制在1210～1250℃，保温时间2.5～3.5h，出炉温度需精益控制，不宜过高，温度过高会生成更多的氧化铁皮，对于成品的表面质量具有很大影响，如压氧、氧化铁皮清除后的残留凹坑，经轧平后仍存在表面不一致，造成镀层不均等；热轧终轧温度控制在860～900℃，防止形变诱导铁素体相变以及形变过大，铁素体在形变带形核，形成带状组织；热轧卷取温度控制在610～670℃，如果温度过高，形成的铁素体与珠光体粗大，而使之后退火的组织粗大；而温度过低，形成贝氏体组织，使冷轧轧制负荷增大。

进一步地，所述步骤(3)中，冷轧压下率≥55％，以利于退火工艺的改进。

进一步地，所述步骤(4)具体包括以下步骤：

(4-1)将冷轧带钢加热到150℃预热，加热速度为3～6℃/s；

(4-2)经过预热的带钢进一步加热到780～820℃，在此过程中冷轧珠光体和铁素体发生再结晶，当温度超过Ac1时开始有奥氏体产生；

(4-3)加热后的带钢在780～820℃保温60～120s进行两相区退火，该过程中实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn等稳定奥氏体的元素向奥氏体中转移；

(4-4)将保温后的带钢以2～4℃/s的速度缓慢冷却至670～710℃，该过程中部分奥氏体分解析出新生铁素体，C、Mn元素进一步向未转变的奥氏体中富集，使得未转变奥氏体稳定性得到补充；

(4-5)然后将带钢以15～40℃/s的速度快冷至470～500℃，冷却速率过慢会出现珠光体或者贝氏体，降低钢板性能；冷却速率过快，对生产设备要求提高，生产困难程度和制造成本会相对增加；

(4-6)带钢在450～470℃进行热浸镀锌3～6s，出锌锅后冷却至250℃以下；

(4-7)带钢经淬水槽冷却至100℃以下。

本发明公开的热镀锌TRIP钢板中添加了一定量的C、Mn、Als等元素，通过对连铸、热轧、冷轧、连续退火热镀锌工艺的控制可获得性能优良的钢材。

本发明所生产的热镀锌TRIP钢板，其组织形态为：铁素体+贝氏体+残余奥氏体+马氏体，晶粒度等级为10.5～11级，抗拉强度为640～670MPa，屈服强度为395～465MPa，延伸率≥30％，强塑积可以达到23GPa％以上。在保证镀锌板表面平整、涂镀性能良好的前提下，又具有高强度、良好的冷成形性能力、碰撞吸收能力和耐腐蚀性。其生产成本低廉，适合市场推广，具有良好的市场需求和应用前景。

附图说明

图1为实施例1得到的热镀锌TRIP钢板的金相组织图；

图2为实施例1得到的热镀锌TRIP钢板的热染金相组织图；

图3为实施例1得到的热镀锌TRIP钢板的SEM图；

图4为实施例1得到的热镀锌TRIP钢板的SEM图；

具体实施方式

一种高表面质量热镀锌TRIP钢板，其化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.15％，Mn 1.20％～1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Als 1.20％～2.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述热镀锌TRIP钢板的制造方法如下：

(1)连铸炼钢；

(2)热轧；

(3)冷轧；

(4)连续退火热镀锌。

进一步地，所述步骤(1)中，连铸中包目标温度控制在液相线温度以上10～40℃；

进一步地，所述步骤(2)中，铸坯出炉温度控制在1210～1250℃，保温时间2.5～3.5h，；热轧终轧温度控制在860～900℃；热轧卷取温度控制在610～670℃。

进一步地，所述步骤(3)中，冷轧压下率≥55％。

进一步地，所述步骤(4)具体包括以下步骤：

(4-1)将冷轧带钢加热到150℃预热，加热速度为3～6℃/s；

(4-2)经过预热的带钢进一步加热到780～820℃；

(4-3)加热后的带钢在780～820℃保温60～120s进行两相区退火；

(4-4)将保温后的带钢以2～4℃的速度缓慢冷却至670～710℃；

(4-5)然后将带钢以15～40℃/s的速度快冷至470～500℃；

(4-6)带钢在450～470℃进行热镀锌3～6s，出锌锅后冷却至250℃以下；

(4-7)带钢经淬水槽冷却至100℃以下。

下面结合实施例1-4对本发明进行详细说明。

实施例1

一种高表面质量热镀锌TRIP钢板，其化学成分及重量百分比为：C 0.14％，Mn 1.4％，P 0.020％，S 0.005％，Als 1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述高表面质量热镀锌TRIP钢板的制造方法，包括以下步骤：

(1)连铸炼钢；

铁水经KR脱硫后目标S的含量为0.005％；LF炉精炼加强对钢中C、Mn、Als、P含量的控制；连铸中包目标温度控制在液相线温度以上20℃，浇铸过程中采用动态轻压下以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。

(2)热轧；

铸坯出炉温度控制在1230℃，保温时间3.0h；热轧终轧温度控制在880℃；热轧卷取温度控制在650℃。

(3)冷轧：冷轧压下率为60％。

(4)连续退火热镀锌，具体包括以下步骤：

(4-1)将冷轧带钢加热到150℃预热，加热速度为4.5℃/s；

(4-2)经过预热的带钢进一步加热到790℃；

(4-3)加热后的带钢在790℃保温80s进行两相区退火；

(4-4)将保温后的带钢以3℃/s的速度缓慢冷却至680℃。

(4-5)然后将带钢以25℃/s的速度快冷至470℃；

(4-6)带钢在460℃进行热镀锌5s，出锌锅后冷却至250℃以下；

(4-7)带钢经淬水槽冷却至100℃以下。

得到的热镀锌TRIP钢板的金相组织图及热染金相组织图，分别如图1、图2所示，其组织形态为：铁素体+贝氏体+残余奥氏体+马氏体，晶粒度等级为11级。图3和图4为热镀锌TRIP钢板的扫描电镜图，从图中可以看出热镀锌TRIP钢板无漏镀缺陷，锌层均匀性良好。

实施例2

一种高表面质量热镀锌TRIP钢板，其化学成分及重量百分比为：C 0.12％，Mn 1.60％，P 0.010％，S 0.003％，Als 2.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述高表面质量热镀锌TRIP钢板的制造方法，包括以下步骤：

(1)连铸炼钢；

铁水经KR脱硫后目标S的含量为0.003％；LF炉精炼加强对钢中C、Mn、Als、P含量的控制；连铸中包目标温度控制在液相线温度以上25℃，浇铸过程中采用动态轻压下以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。

(2)热轧；

铸坯出炉温度控制在1250℃，保温时间2.5h；热轧终轧温度控制在900℃；热轧卷取温度控制在670℃。

(3)冷轧：冷轧压下率58％。

(4)连续退火热镀锌，具体包括以下步骤：

(4-1)将冷轧带钢加热到150℃预热，加热速度为4℃/s；

(4-2)经过预热的带钢进一步加热到790℃；

(4-3)加热后的带钢在790℃保温80s进行两相区退火；

(4-4)将保温后的带钢以3℃/s的速度缓慢冷却至685℃。

(4-5)然后将带钢以30℃/s的速度快冷至485℃；

(4-6)带钢在452℃进行热镀锌6s，出锌锅后冷却至250℃以下；

(4-7)带钢经淬水槽冷却至100℃以下。

实施例3

一种高表面质量热镀锌TRIP钢板，其化学成分及重量百分比为：C 0.10％，Mn 1.20％，P 0.025％，S 0.004％，Als 1.80％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述高表面质量热镀锌TRIP钢板的制造方法，包括以下步骤：

(1)连铸炼钢；

铁水经KR脱硫后目标S的含量为0.004％；LF炉精炼加强对钢中C、Mn、Als、P含量的控制；连铸中包目标温度控制在液相线温度以上17℃，浇铸过程中采用动态轻压下以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。

(2)热轧；

铸坯出炉温度控制在1215℃，保温时间3.5h；热轧终轧温度控制在860℃；热轧卷取温度控制在630℃。

(3)冷轧：冷轧压下率55％。

(4)连续退火热镀锌，具体包括以下步骤：

(4-1)将冷轧带钢加热到150℃预热，加热速度为5℃/s；

(4-2)经过预热的带钢进一步加热到800℃；

(4-3)加热后的带钢在800℃保温75s进行两相区退火；

(4-4)将保温后的带钢以2℃/s的速度缓慢冷却至695℃。

(4-5)然后将带钢以15℃/s速度快冷至495℃；

(4-6)带钢在465℃进行热镀锌4s，出锌锅后冷却至250℃以下；

(4-7)带钢经淬水槽冷却至100℃以下。

实施例4

一种高表面质量热镀锌TRIP钢板，其化学成分及重量百分比为：C 0.15％，Mn 1.80％，P 0.015％，S 0.003％，Als 1.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述高表面质量热镀锌TRIP钢板的制造方法，包括以下步骤：

(1)连铸炼钢；

铁水经KR脱硫后目标S的含量为0.003％；LF炉精炼加强对钢中C、Mn、Als、P含量的控制；连铸中包目标温度控制在液相线温度以上28℃，浇铸过程中采用动态轻压下以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。

(2)热轧；

铸坯出炉温度控制在1230℃，保温时间2.8h；热轧终轧温度控制在898℃；热轧卷取温度控制在630℃。

(3)冷轧：冷轧压下率63％。

(4)连续退火热镀锌，具体包括以下步骤：

(4-1)将冷轧带钢加热到150℃预热，加热速度为6℃/s；

(4-2)经过预热的带钢进一步加热到810℃；

(4-3)加热后的带钢在810℃保温78s进行两相区退火；

(4-4)将保温后的带钢以4℃/s的速度缓慢冷却至705℃。

(4-5)然后将带钢以40℃/s的速度快冷至500℃；

(4-6)带钢在470℃进行热镀锌3s，出锌锅后冷却至250℃以下；

(4-7)带钢经淬水槽冷却至100℃以下。

以上实施例所制备得到的各热镀锌TRIP钢板的性能如表1所示：

表1 各实施例所制备得到的热镀锌TRIP钢板的性能

注：耐腐蚀性能测试试验，试样锌层厚度50/50g/m²，盐雾试验采用ASTM>

从附图和表1可以看出，根据本发明公开的化学成分及制造方法得到的热镀锌TRIP钢板，其具有良好的表面质量、力学性能和耐腐蚀性能。。

上述参照实施例对高表面质量热镀锌TRIP钢板及其制造方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。