无间隙原子热轧钢带及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种无间隙原子热轧钢带及其制造方法。
背景技术
汽车工业始终是发达国家经济的支柱产业，也是一些发展中国家的重要产业。2001年以来，随着我国汽车工业的迅猛发展，对汽车用钢的需求量大幅度上升。目前汽车用钢仍以钢板为主，其中轿车用钢板重量约占轿车总重的50％。轿车零部件所用钢板，如发动机罩用钢板、行李箱盖板、车门外板、前后档泥板、车顶板、车身底板和仪表板等多数需要经过冲压成型，而且为简化车体组装，进一步提高轿车整体性能和安全性能，轿车零部件正在向组合成型方向发展，这就对钢板的成型性能提出了更高的要求。为适应这种发展趋势，轿车用钢板已由以低碳沸腾钢为代表的第一代冲压用钢、以低碳铝镇静钢为代表的第二代冲压用钢发展到了以超低碳、氮IF钢为代表的第三代冲压用钢。
IF钢(Interstitial Free Steel)即无间隙原子钢，是在超低C、N钢中加入一定量的Nb或Ti或Nb、Ti合金元素，使钢中C、N原子被固定成碳化物、氮化物，而钢中无间隙原子存在的钢种，IF钢具有极优良的深冲性能。汽车用IF钢虽然多以冷轧、退火或镀锌状态交货，但是由于冷轧钢带的原料是热轧钢带，热轧钢带的组织和性能会遗传到冷轧钢带上，热轧钢带若具有晶粒过粗、晶粒过细或者晶粒不均匀等组织特征以及塑性不高等性能特征，严重时将导致冷轧产品冲压开裂产生废品。热轧钢带的塑性对成品冷轧钢带的深冲性能有重要影响。现在虽然已经公开了多项有关IF钢的发明专利，但仅有一项与热轧钢带的塑性有关。2007年6月6日公开的专利号为CN1974824的“一种薄板坯连铸连轧生产IF钢的生产工艺”发明专利，提供了一项基于转炉-薄板坯连铸连轧短流程工艺路线生产Ti微合金化IF钢的技术，其中IF热轧钢带的屈服强度为265-285MPa，抗拉强度为340-365MPa，延伸率为35％-43％，该热轧钢带的强度较高，塑性较低，以此为原料生产的冷轧成品的延伸率为36.5％-42％，平均n值为0.22-0.23，平均r值为1.48-1.81，其塑性和深冲性能不高，只能用作商品级(CQ)、普通冲压级(DQ)、深冲压级(DDQ)等较低冲压级别钢板，而不符合超深冲压级(EDDQ)、超级超深冲压级(S-EDDQ)、高级超深冲压级(H-EDDQ)等较高冲压级别钢板对冲压性能的要求。
【发明内容】
为了克服现有无间隙原子热轧钢带及其制造方法的上述不足，本发明提供了一种强度较低，塑性较高的无间隙原子热轧钢带，同时提供这种钢带的制造方法。
本无间隙原子热轧钢带的化学成分的质量百分数为：
0＜C≤0.005 0＜N≤0.004 0＜Si≤0.03 Mn：0.10-0.20
0＜P≤0.018 0＜S≤0.015 Al：0.02-0.06 0＜Ti≤0.070
0＜Cr≤0.05 0＜Ni≤0.07 0＜Cu≤0.07 0＜Mo≤0.020
其余为Fe和不可避免的杂质。
一般宽度为1000～2130mm，厚度3.0-5.0mm。
本发明的无间隙原子热轧钢带化学成分的限定理由如下：
C在钢中形成间隙固溶体，具有显著的固溶强化效应，随着C含量的提高，钢的屈服强度、抗拉强度和硬度增加，但塑性和成型性能却明显下降。随着钢中固溶C含量的提高，<111>织构密度降低，成品时效倾向增强。因此，限定C含量不得高于0.005％。
N和C一样，固溶于Fe中形成间隙固溶体，并同样具有显著的固溶强化效应，使钢的屈服强度、抗拉强度和硬度增加，却使钢的塑性和成型性能下降。随着温度的降低，N在铁素体中的溶解度急剧降低，且多以AlN形式在晶界析出，抑制铁素体晶粒生长，提高钢的屈服强度、抗拉强度和硬度，降低其塑性和成型性能。N也使钢产生应变时效现象。因此，限定N含量不得高于0.004％。
Si固溶于Fe中形成置换固溶体，其固溶强化能力仅次于P，可有效提高钢的强度，但同时也在一定程度上降低钢的塑性和韧性。Si比铁更容易被氧化，在再结晶退火过程中会在钢板表面发生选择性氧化反应，其氧化产物易富集于钢板表面，这不仅会影响热镀锌效果，而且会使热镀锌时的合金化反应迟滞，导致因高温合金化而使热镀锌板的锌层抗粉化能力下降。因此，限定Si含量不得高于0.03％。
Mn在钢中与Fe互溶形成固溶体，其固溶强化能力低于P和Si，Mn和固溶C共存会降低钢的深冲性。Mn是良好的脱硫剂，能够减弱或消除因S引起的钢的热脆性，改善钢的热加工性能。Mn含量过低不仅会使成本增高，还易增加钢的热脆倾向。因此，将Mn含量限定在0.10％-0.20％范围。
与其它元素相比，P是固溶强化铁素体能力最强的元素，随着P含量的提高，钢的屈服强度、抗拉强度和硬度显著增加，但塑性、成型性能和韧性，尤其是低温韧性却明显下降。P在钢中易偏析，损害钢板组织的均匀性，导致裂纹源。P在晶界偏析，也会使热镀锌过程中的合金化反应迟滞，从而同样产生因高温合金化而使热镀锌板锌层抗粉化能力下降的问题。因此，限定P含量不得高于0.018％。
S对钢的强度和塑性影响不大。S在铁素体中的溶解度很低，在钢中多以硫化物夹杂地形式存在，这些夹杂物会降低钢的塑性和韧性，使其产生明显的各向异性，并导致成品表面和内在缺陷。S易使钢产生热脆性，严重恶化钢的热加工性能。S易偏析，明显损害钢板组织和质量的均匀性，是使钢板产生裂纹的重要原因之一。因此，限定S含量不得高于0.015％。
Al和O有很强的亲和力，冶炼时一般将Al作为主要脱氧剂加入钢中。Al和N也有较强的亲和力，能够起到固定钢中固溶N、消除由其产生的应变时效的作用。但钢中Al含量太高会降低热镀锌时的合金化反应速率并提高合金化温度。因此，将Al含量限定在0.02％-0.06％范围。
Ti是极为活泼的金属元素之一，它和O、C、N、S均有极强的亲和力，是一种良好的脱氧剂，也是固定钢中固溶C、N的有效元素。在IF钢中加入Ti的目的就在于清除钢中C、N原子，得到纯净的铁素体基体，Ti微合金化IF钢的特点是性能稳定，即其力学性能对成分和工艺参数的变化不敏感。但是如果Ti的加入量过高，则导致成本增加和再结晶温度提高。因此，限定Ti含量不得高于0.07％。
Cr、Ni、Cu、Mo均能起到一定程度的固溶强化作用，提高钢的屈服强度，降低其塑性和成型性能，Mo还能提高钢的再结晶温度。因此，限定Cr含量不得高于0.05％，Ni含量不得高于0.07％，Cu含量不得高于0.07％，Mo含量不得高于0.02％。
本无间隙原子热轧钢带及其制造方法包括下述依次的步骤：
A制备连铸坯
通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼和厚板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：
0＜C≤0.005 0＜N≤0.004 0＜Si≤0.03 Mn：0.10-0.20
0＜P≤0.018 0＜S≤0.015 Al：0.02-0.06 0＜Ti≤0.070
0＜Cr≤0.05 0＜Ni≤0.07 0＜Cu≤0.07 0＜Mo≤0.020
其余为Fe和不可避免的杂质。
B采用传统热连轧工艺将连铸坯加工成热轧钢带
连铸坯在步进式加热炉中加热到1200℃以上，保温时间长于2.5小时，使奥氏体均匀化；连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为3.0-5.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度880-930℃，以实现奥氏体轧制。热轧钢带终轧后快速水冷至680-750℃卷取，以获得细小均匀的铁素体晶粒和粗大稀疏的析出物；然后再在空气中冷却到室温。
本无间隙原子热轧钢带及其制造方法，在于通过化学成分和热轧工艺制度的合理匹配，生产出一种良塑性Ti微合金化IF热轧钢带，以此为原料生产的冷轧钢带具有良好的冲压性能。本发明的热轧钢带与2007年6月6日公开的专利号为CN1974824的“一种薄板坯连铸连轧生产IF钢的生产工艺”发明专利中热轧钢带拉伸性能的对比见表1，以上述两种热轧钢带为原料生产的冷轧钢带冲压性能的对比见表2。
表1本发明的热轧钢带与对比热轧钢带拉伸性能的比较
屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％) 本发明的热轧钢带 180-220 295-300 45-56 对比专利CN1974824 的热轧钢带 265-285 340-365 35-43
表2以本发明IF热轧钢带为原料生产的冷轧钢带与对比冷轧钢带冲压性能的比较
延伸率(％) 平均n值 平均r值 以本发明的热轧钢带 为原料生产的冷轧钢带 45.8-46.4 0.24-0.25 2.56-2.79 对比专利CN1974824 冷轧钢带 36.5-42 0.22-0.23 1.48-1.81
由表1可以看出，与对比专利CN1974824热轧钢带相比，本发明的热轧钢带强度较低，塑性较高。由表2可以看出，以本发明IF热轧钢带为原料生产的冷轧钢带的延伸率为45.8％-46.4％，平均n值为0.24-0.25，平均r值为2.56-2.79，明显高于对比专利CN1974824冷轧钢带的相应指标，其塑性和深冲性能较高，可用作超深冲压级(EDDQ)、超级超深冲压级(S-EDDQ)、高级超深冲压级(H-EDDQ)等较高冲压级别钢板，能够更好地满足汽车、家电制造等行业的使用要求。从而解决现有IF热轧钢带强度较高，塑性较低，以其为原料生产的冷轧成品塑性和深冲性能不高，只能用作商品级(CQ)、普通冲压级(DQ)、深冲压级(DDQ)等较低冲压级别钢板，而不符合超深冲压级(EDDQ)、超级超深冲压级(S-EDDQ)、高级超深冲压级(H-EDDQ)等较高冲压级别钢板对冲压性能要求的问题。
【具体实施方式】
下面结合实施例详细说明本无间隙原子热轧钢带及其制造方法的具体实施方式，但本无间隙原子热轧钢带及其制造方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。
下述实施例的生产条件为铁水预处理设施，180吨顶底复合吹炼转炉，RH精炼装置，厚板坯连铸机，半连续式热轧钢带生产线。
Ti微合金化IF热轧钢带化学分析方法为GB/T 223，取样方法GB/T 222。
Ti微合金化IF热轧钢带拉伸性能检验方法GB/T 228，取样方法GB/T2975。
Ti微合金化IF热轧钢带冷弯性能检验方法GB/T 232，取样方法GB/T2975。
钢板实施例一
本实施例的无间隙原子热轧钢带厚3.0mm，化学成分的质量百分配比为：
C：0.0015 N：0.0018 Si：0.01 Mn：0.15 P：0.008
S：0.005 Al：0.044 Ti：0.052 Cr：0.01 Ni：0.01
Cu：0.01 Mo：0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 228标准测试拉伸性能，测试结果：下屈服强度ReL：180MPa，抗拉强度Rm：295MPa，断后伸长率A：53％。上述IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T232标准测试冷弯性能，测试结果180°d＝0冷弯试样完好。
钢板实施例二
本实施例的无间隙原子热轧钢带厚4.0mm，化学成分的质量百分配比为：
C：0.0017 N：0.0016 Si：0.01 Mn：0.16 P：0.008
S：0.005 Al：0.045 Ti：0.055 Cr：0.01 Ni：0.01
Cu：0.01 Mo：0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 228标准测试拉伸性能，测试结果：下屈服强度ReL：185MPa，抗拉强度Rm：300MPa，断后伸长率A：52％。上述IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T232标准测试冷弯性能，测试结果180°d＝0冷弯试样完好。
钢板实施例三
本实施例的无间隙原子热轧钢带厚5.0mm，化学成分的质量百分配比为：
C：0.0013 N：0.0015 Si：0.01 Mn：0.15 P：0.006
S：0.005 Al：0.03 Ti：0.051 Cr：0.01 Ni：0.01
Cu：0.01 Mo：0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 228标准测试拉伸性能，测试结果：下屈服强度ReL：220MPa，抗拉强度Rm：300MPa，断后伸长率A：56％。上述IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T232标准测试冷弯性能，测试结果180°d＝0冷弯试样完好。
制造方法实施例一
本实施例制造的是钢板实施例一，本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：
A制备连铸坯
通过铁水预处理脱硫、180吨顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼和厚板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：
C：0.0015 N：0.0018 Si：0.01 Mn：0.15 P：0.008
S：0.005 Al：0.044 Ti：0.052 Cr：0.01 Ni：0.01
Cu：0.01 Mo：0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
B采用传统热连轧工艺将连铸坯加工成热轧钢带
连铸坯在步进式加热炉中加热到1230℃，保温时间3小时。连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为3.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度910℃。热轧钢带终轧后快速水冷至720℃卷取，然后再在空气中冷却到室温。本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 228标准测试拉伸性能，测试结果：下屈服强度ReL：180MPa，抗拉强度Rm：295MPa，断后伸长率A：53％。本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 232标准确测试冷弯性能，测试结果180°d＝0冷弯试样完好。
制造方法实施例二
本实施例制造的是钢板实施例二，本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：
A制备连铸坯
通过铁水预处理脱硫、180吨顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼和厚板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：
C：0.0017 N：0.0016 Si：0.01 Mn：0.16 P：0.008
S：0.005 Al：0.045 Ti：0.055 Cr：0.01 Ni：0.01
Cu：0.01 Mo：0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
B采用传统热连轧工艺将连铸坯加工成热轧钢带
连铸坯在步进式加热炉中加热到1220℃，保温时间3小时。连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为4.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度900℃，热轧钢带终轧后快速水冷至710℃卷取，然后再在空气中冷却到室温。本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 228标准测试拉伸性能，测试结果：下屈服强度ReL：185MPa，抗拉强度Rm：300MPa，断后伸长率A：52％。本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 232标准测试冷弯性能，测试结果180°d＝0冷弯试样完好。
制造方法实施例三
本实施例制造的是钢板实施例三，本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：
A制备连铸坯
通过铁水预处理脱硫、180吨顶底复合吹炼转炉冶炼、RH精炼和厚板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：
C：0.0013 N：0.0015 Si：0.01 Mn：0.15 P：0.006
S：0.005 Al：0.03 Ti：0.051 Cr：0.01 Ni：0.01
Cu：0.01 Mo：0.01，其余为Fe和不可避免的杂质。
B采用传统热连轧工艺将连铸坯加工成热轧钢带
连铸坯在步进式加热炉中加热到1220℃，保温时间3小时。连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为5.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度900℃，热轧钢带终轧后快速水冷至700℃卷取，然后再在空气中冷却到室温。本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 228标准测试拉伸性能，测试结果：下屈服强度ReL：220MPa，抗拉强度Rm：300MPa，断后伸长率A：56％。本实施例的IF热轧钢带按照GB/T 2975标准取样，按照GB/T 232标准测试冷弯性能，测试结果180°d＝0冷弯试样完好。