一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法

摘要

本发明公开了一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，属于金属材料冶炼领域。上述罩式退火高强钢化学成分简单，无须加入Nb、V等贵金属，屈服强度≥298MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥34％，力学性能稳定，组织均匀。上述冷轧罩式退火高强钢的制造方法包括冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→罩式退火→平整→成品的工艺流程，其采用罩式退火，解决了连退产品组织不均匀、性能稳定性较差的问题，同时扩大了该产品可生产厚度范围，制备工艺简单，设备要求低，组产方便，可生产厚度范围大，是一种经济型高强冷轧汽车板制备方法。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料冶炼领域，具体涉及一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，对汽车钢的碰撞安全性、节能效果与成本提出了更高的要求。碳锰高强钢在拥有高强度的同时，具有成本低、成形性能好等特点，是目前汽车结构件使用最为广泛的材料之一。

传统的高强度碳锰结构钢退火方式为连续退火，如公开号为CN102839329A的发明专利《一种抗拉强度450MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法》，公开了一种抗拉强度450MPa级冷轧双相钢，屈服强度为200MPa～250MPa，抗拉强度为440MPa～500MPa，延伸率为26％～32％，其制备方法包括冶炼与凝固、铸坯或铸锭的热连轧、酸洗冷轧和连续退火，该发明通过退火过程快速冷却形成双相钢满足力学性能的要求，对产线设备要求较高；又如公开号为CN103509997A的发明专利《一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法》，公开了一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢，屈服强度为270MPa～370MPa，抗拉强度为440MPa～510MPa，延伸率为31％～38％，其制造方法包括冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧和连续退火，产品厚度生产范围≤2.5mm，但连续退火时间短，成品组织不均匀，性能波动较大；又如公开号为CN111304540A的《一种280MPa级汽车结构用冷轧钢带及其制造方法》，公开了一种280MPa级汽车结构用冷轧钢带，其制造方法包括炼钢工序、热轧工序、酸连轧工序和连续退火工序，最终达到屈服强度≥280MPa，抗拉强度≥440MPa，延伸率≥30％，该方法同样采取连续退火的方式，由于在连续退火生产，产品的力学性能稳定性较差，且可生产厚度≤2.5mm，且由于添加少量P，导致产品二次加工脆性性能可能显著降低。由此可知，连续退火具有生产速率快、效率高的优点，可生产厚度为0.5mm～2.5mm，但是连续退火也会导致退火不均匀，使得产品组织不均匀，力学性能波动大，客户使用容易产生开裂现象。

针对于此，也有人研究了采用罩式退火生产汽车结构用钢。如公开号为CN104498822A的发明专利《汽车结构用钢及其生产方法》，公开了一种汽车结构用钢及其生产方法，通过对成分的合理控制，并对热轧、冷轧和罩式退火等工艺进行优化的基础上，所生产的罩式退火钢板抗拉强度≥539MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥23.2％，但其添加了金属Nb，成本较高；又如公开号CN103866182A的《基于罩式退火处理的700MPa级冷轧高强度钢及薄钢带的低成本制造方法》，公开了一种基于罩式退火处理的700MPa级冷轧高强度钢及薄钢带的低成本制造方法，包括热轧、一次冷轧、罩式退火、二次冷轧，制得抗拉强度700MPa以上、延伸率8％以上，具有良好成型性能的钢带，但其添加了金属元素V，成本较高。

因此，需要开发一种罩式退火工艺生产，生产过程不受产品规格、工艺等限制，且组产方便，制造成本低，成品组织均匀，力学性能稳定。

发明内容

1.发明目的

本发明的目的在于提供一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，解决了连续退火工艺生产的产品组织不均匀，性能稳定性较差的问题，同时未添加金属Nb、金属V等元素，显著降低了成本，扩大了可生产厚度范围。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢，其主要化学成分质量百分数为：C：0.05～0.20％，Si：≤0.50％，Mn：1.0～2.0％，Als：0.015～0.060％，P≤0.022％、S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；本发明通过添加C、Mn元素实现450MPa高强钢稳定生产，由于不添加Nb、Mo、Cr等高成本的元素，因此本发明成本较低，且上述元素添加对热轧、退火工艺的波动不敏感，因此可实现产品性能的稳定。其中：

C：最有效的强化元素，是最经济且强化作用最强的元素，当C含量较低时，其成形性与焊接性能较好；但是C含量过低，很难获得所需的强度，同时C含量过低，C的过饱和度小，很难形成碳化物元素析出，从而抗时效性较差；为了获得所需的强度与良好的抗时效性能，C含量的下限控制在0.05％；C含量过高，使得钢的延伸性能与焊接性能下降，因此本发明将C含量的上限控制在0.20％；

Si：在钢中有较强的强化作用，但Si易形成氧化物，不利于酸洗以及退火后表面容易形成氧化色，还降低钢板的涂镀性，因此本发明添加少量的Si或不添加Si，其上限控制在0.50％；

Mn：在钢中起固溶强化作用，溶入钢中的Mn造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金钢的强度与硬度增加，同时降低钢的屈强比(韧性和塑性)；另外与钢中的S作用，防止钢的热脆产生；在本专利中Mn主要与S发生作用，防止钢的热脆产生，同时起固溶强化作用，其上限控制在2.0％；

Al：在钢中主要起脱氧作用，同时Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒的作用；少量Al的存在，保证强度性能的前提下，可使钢的延性提高；但是Al含量过高，结晶器容易堵塞，同时铸坯容易产生裂纹等缺陷，还增加成本；所以本发明Al重量百分比含量控制在0.015％～0.060％；

P：为钢中不可避免的有害杂质，对钢的冲压性能、冷脆性、二次加工脆性等均有不良影响，应严格控制钢中的P含量，因此本发明中将S含量上限控制在0.022％；

S：为钢中不可避免的有害杂质，对钢的各向同性、热脆性、冲压性能、冷弯性、翻边成形性能等有不利影响，严格控制钢中的S含量将增加钢的冶炼成本，因此本发明中将S含量上限控制在0.015％。

优选地，上述冷轧罩式退火高强钢，其主要化学成分质量百分数为：C：0.09％，Si：0.40％，Mn：1.46％，Al：0.038％，P：0.001％，S：0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，上述冷轧罩式退火高强钢，其主要化学成分质量百分数为：C：0.10％，Si：0.39％，Mn：1.48％，Al：0.047％，P：0.015％，S：0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，上述冷轧罩式退火高强钢，其主要化学成分质量百分数为：C：0.11％，Si：0.41％，Mn：1.46％，Al：0.042％，P：0.015％，S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，上述冷轧罩式退火高强钢，屈服强度≥298MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥34％，屈强比≤0.68。

本发明还提供了上述冷轧罩式退火高强钢的制造方法，包括：冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→罩式退火→平整的工艺流程。

优选地，上述工艺流程具体如下：

(1)冶炼与连铸：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼，获得目标钢水；采用连铸生产铸坯，钢水在结晶器作用下，成形并迅速凝固结晶，形成板坯；

(2)铸坯热连轧：板坯加热至1200～1240℃，经过除磷和6个道次的粗轧，进行7个道次的精轧，将板坯热轧至冷轧所需的原料目标厚度，其终轧温度：860～890℃，卷取温度500～580℃；终轧后采用较高的冷却速率，使N在热轧过程中不析出，并且碳化物细小均匀分布，有利于获得细小的晶粒，改善钢的塑性与冲压性能；

(3)酸洗冷轧：采用酸洗工艺充分去除带钢表面的氧化铁皮，然后冷轧至成品所需厚度规格，冷轧压下率控制在50～75％；

(4)罩式退火：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，控制退火目标温度为600～660℃，采用随炉分段加热与冷却，分段加热过程设置为：400±40℃，1±0.1h，450±45℃，1±0.1h，500±50℃，1±0.1h，550±10℃，1±0.1h，目标温度，8±0.1h。

(5)平整：控制平整延伸率为1.0～2.0％，平整后带钢上下屈服点波动范围减小，基本可以消除屈服伸长，抗拉强度略有增加，延伸率略有下降，幅度均不大，平整率过小(平整率≤1.0％)，对带钢性能影响很小或没有影响，过大(平整率≥2.0％)，则出现了明显的加工硬化，很大程度上恶化了带钢的综合性能。

优选地，上述热轧中终轧后采用较高的冷却速率为12～20℃/S。更进一步地，冷却速率为16℃1S。

3.有益效果

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本发明提供的一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，其采用罩式退火，罩式退火时间长，组织长大充分、均匀，且本发明显强化元素为C、Mn，未添加对工艺较为敏感的Nb、Mo、Cr等微合金元素，解决了连退产品组织不均匀、性能稳定性较差的问题，同时扩大了该产品可生产厚度范围，其制备工艺简单，设备要求低，组产方便，可生产厚度范围大，是一种经济型高强冷轧汽车板制备方法。

(2)本发明提供的一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，其化学成分简单，无须加入Nb、V等贵金属，节约了制造成本，产出的成品屈服强度≥298MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥34％，屈强比≤0.66，力学性能稳定，组织均匀，屈强比低，拥有良好的塑性性能，在客户处冲压稳定，不易产生开裂问题。

附图说明

图1是实施例1的冷轧罩式退火高强钢金相组织图片；

图2是实施例2的冷轧罩式退火高强钢金相组织图片；

图3是实施例3的冷轧罩式退火高强钢金相组织图片；

图4是常规工艺的金相组织图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，该罩式退火高强钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.09％，Mn：1.46％，Si：0.40％，P：0.001％，S：0.003％，Al：0.038％，余量为Fe和不可避免的杂质。

该罩式退火高强钢的生产方法包括如下工艺流程：冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→罩式退火→平整→成品，具体工艺参数为：按上述成分进行转炉冶炼，并连铸成230mm厚的板坯，然后将板坯加热至1230℃进行热轧，热轧终轧温度为880℃，终轧后采用16℃/S冷却速率，卷取温度为560℃，热轧卷厚度为3.2mm，然后进行酸洗冷轧，冷轧压下率为69％，冷轧轧至目标厚度1.0mm，罩式退火温度为650℃，采用随炉分段加热与随炉冷却，分段加热过程设置为：400℃，1h，450℃，1h，500℃，1h，550℃，1h，650℃，8h，平整延伸率为1.3％。

得到的罩式退火高强钢组织如图1所示，其屈服强度为298MPa，抗拉强度468MPa，延伸率34％，屈强比0.64。

实施例2

本实施例提供一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，该罩式退火高强钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.10％，Mn：1.48％，Si：0.39％，P：0.015％，S：0.004％，Al：0.047％，余量为Fe和不可避免的杂质。

该罩式退火高强钢的生产方法包括如下工艺流程：冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→罩式退火→平整→成品，具体工艺参数为：按上述成分进行转炉冶炼，并连铸成230mm厚的板坯，然后将板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为860℃，终轧后采用12℃/S冷却速率，卷取温度为500℃，热轧卷厚度为2.6mm，然后进行酸洗冷轧，冷轧压下率为69％，冷轧轧至目标厚度0.8mm，罩式退火温度为600℃，采用随炉分段加热与随炉冷却，分段加热过程设置为：400℃，1h，450℃，1h，500℃，1h，550℃，1h，600℃，8h，平整延伸率为1.0％。

得到的罩式退火高强钢组织如图2所示，其屈服强度为302MPa，抗拉强度465MPa，延伸率35％，屈强比0.65。

实施例3

本实施例提供一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧罩式退火高强钢及其制造方法，该罩式退火高强钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.11％，Mn：1.46％，Si：0.41％，P：0.015％，S：0.002％，Al：0.042％，余量为Fe和不可避免的杂质。

该罩式退火高强钢的生产方法包括如下工艺流程：冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→罩式退火→平整→成品，具体工艺参数为：按上述成分进行转炉冶炼，并连铸成230mm厚的板坯，然后将板坯加热至1240℃进行热轧，热轧终轧温度为890℃，卷取温度为580℃，热轧卷厚度为6.0mm，然后进行酸洗冷轧，冷轧压下率为50％，冷轧轧至目标厚度3.0mm，罩式退火温度为660℃，采用随炉分段加热与随炉冷却，分段加热过程设置为：400℃，1h，450℃，1h，500℃，1h，550℃，1h，600℃，8h，平整延伸率为2.0％。

得到的罩式退火高强钢组织如图3所示，其屈服强度为305MPa，抗拉强度474MPa，延伸率35％，屈强比0.64。

对比例

本对比例的化学成分(质量百分比)为：C：0.10％，Mn：1.21％，Si：0.025％，P：0.012％，S：0.004％，Al：0.041％，余量为Fe和不可避免的杂质。

该产品的生产方法包括如下工艺流程：冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→连续退火→平整→成品，具体工艺参数为：按上述成分进行转炉冶炼，并连铸成230mm厚的板坯，然后将板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为880℃，终轧后采用12℃/S冷却速率，卷取温度为600℃，热轧卷厚度为2.6mm，然后进行酸洗冷轧，冷轧压下率为69％，冷轧轧至目标厚度0.8mm，退火温度为790℃，平整延伸率为1.2％。

得到的组织如图4所示，其屈服强度为323MPa，抗拉强度448MPa，延伸率33％，屈强比0.72。