弯曲和扩孔性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带及其制造方法.pdf

弯曲和扩孔性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.07％～0.14％，Si 0.1％～0.4％，Mn 1.55％～2.00％，P≤0.015％，S≤0.004％，Al 0.01％～0.05％，N≤0.005％，还包括Nb≤0.07％，Ti 0.02～0.15％和V 0.10～0.20％中至少一种合金元素，以及Cr 0.15～0.50％和Mo 0.15～0.50％中至少一种合金元素，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明超高强热轧复相钢，抗拉强度800MPa以上，屈服强度700MPa以上，180°冷弯性能为0a，扩孔率大于50％，其微观组织为贝氏体(至少80％)以及少量铁素体、马氏体和残余奥氏体，其中贝氏体主要为下贝氏体组织。可应用于制造汽车底盘、悬挂件、保险杠等产品。

权利要求书
1.  弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带，其成分重量百分比为：C 0.07％～0.14％，Si 0.1％～0.4％，Mn 1.55％～2.00％，P≤0.015％，S≤ 0.004％，Al 0.01％～0.05％，N≤0.005％，Cr 0.15～0.50％，还包括Nb≤ 0.05％，Ti 0.06～0.15％中至少一种合金元素，其余为Fe和不可避免的 杂质。

2.  弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带，其成分重量百分比为：C 0.07％～0.14％，Si 0.1％～0.4％，Mn 1.55％～2.00％，P≤0.015％，S≤ 0.004％，Al 0.01％～0.05％，N≤0.005％，还包括Nb≤0.07％，Ti 0.02～0.15％和V 0.10～0.20％中至少一种合金元素，以及Cr 0.15～0.50％ 和Mo 0.15～0.50％中至少一种合金元素，其余为Fe和不可避免的杂质； 其中，上述合金元素的加入量还需符合以下条件：

1.  0≤(Nb/30+Ti/48+V/51+Cr/52+Mo/96)/(C/12)≤1.6。

3.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其特征是，所述的化学成分中，C 0.07％～0.09％，以重量百分比计。

4.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其特征是，所述的化学成分中，Si 0.1％～0.4％，以重量百分比计。

5.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其特征是，所述的化学成分中，Mn 1.70％～1.90％，以重量百分比计。

6.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其特征是，所述的化学成分中，Cr 0.35～0.50％，以重量百分比计。

7.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其特征是，该超高强热轧复相钢的特征为180°冷弯性能为0a，扩孔率 大于50％；其微观组织为至少体积比80％的贝氏体、铁素体、马氏体 和残余奥氏体，其中贝氏体主要为下贝氏体组织。

8.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其特征是，该超高强热轧复相钢的抗拉强度800MPa以上、屈服强度 700MPa以上。

9.  如权利要求1或2所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带 的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按权利要求1或2所述的成分冶炼和铸造成铸坯；
2)轧制
对铸坯加热，加热温度为1100～1250℃，之后进行控制轧制，精轧 开轧温度为950～1000℃，精轧终轧温度为900～950℃，热轧板厚度 不大于6mm；
3)轧后冷却
将上述轧制后坯料进行水冷却，冷却速度不小于30℃/s，卷取温度 为430～550℃，冷却后获得热轧板成品；
4)酸洗，获得酸洗板成品。

10.  如权利要求6所述的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带的制 造方法，其特征是，步骤4)酸洗后热镀锌，获得热轧热镀锌钢板成品。

说明书弯曲和扩孔性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种弯曲和扩孔性能良好的超高强热 轧复相钢板和钢带及其制造方法，主要应用于制造汽车底盘、悬挂件、保 险杠等产品。
背景技术
汽车“轻量化”可直接减少排放，降低油耗，是当今汽车制造业发展 的目标。在过去的十年中，由于舒适性和安全性能等方面要求的提高，汽 车的重量逐年增加。汽车“轻量化”的一个重要的措施就是采用高强钢和 超高强度的钢板来代替软钢。大量采用高强钢后可实现20～25％的减重效 果。
目前，汽车用超高强钢(抗拉强度不小于780MPa)主要有兼具强度和 延伸率的双相钢，其组织为铁素体(F)和马氏体(M)、延伸率极高的 TRIP钢，其组织为(F，M和残余奥氏体A残)以及强度极高的马氏体钢， 其组织为M和少量F。然而，由于汽车用钢的成形过程极为复杂，特别对 于汽车底盘件的成形过程中，有很高的弯曲和扩孔的要求，尽管双相钢和 TRIP钢等在拉伸测试中表现出了优异的性能，但在弯曲和拉伸翻边过程中 并不具备足够的成形能力，复相钢由于良好的冷弯和扩孔性能可望成为复 杂的汽车结构件如汽车底盘、悬挂件、B柱以及保险杠、汽车座椅等零件 的备选钢种。
中国专利CN103290320A公开了"一种热轧复相钢及其生产方法"，其 采用高硅低锰的成分设计，880～900℃终轧，590～620℃卷取的工艺，生产 了屈服强度750～800MPa，抗拉强度820～950MPa，延伸率14～20％的复相 钢，具有良好的强度与塑性的匹配。如前所述，与其它钢种相比复相钢的 特点就是具有较高的弯曲和拉伸翻边性能。弯曲性能和拉伸翻边性能通常 采用冷弯直径和扩孔率来评估。但在该专利中并无冷弯和扩孔率的数据。 我们的研究结果表明当终轧温度较低，卷取温度较高时由于合金碳化物的 大量析出，将导致弯曲和扩孔性能的降低，不能满足汽车底盘类零件50％ 以上扩孔率的要求。另外，该专利中Si含量较高，为0.5～1.0％，Si含量较 高时会使得钢板的可镀性恶化，对生产热轧热镀锌钢板极为不利。
欧洲专利EP2020451述及一种抗拉强度大于800MPa，延伸率大于10％ 的钢种，其微观组织为上贝氏体(至少80％)以及下贝氏体、马氏体、残余 奥氏体。但该专利也存在与中国专利CN103290320A类似的问题，该专利 未考虑实际应用中冷弯和扩孔性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弯曲和扩孔性能良好的超高强热轧复相钢 板和钢带及其制造方法，其抗拉强度800MPa以上、屈服强度700MPa，其 特征为180°冷弯性能为0a，扩孔率大于50％；其微观组织为贝氏体(至少 80％)以及少量铁素体、马氏体和残余奥氏体，其中贝氏体主要为下贝氏 体组织。
为了达到以上强度以及扩孔和冷弯性能，目前通常采用铁素体或铁素 体加贝氏体组织(其中铁素体组织大于50％)的钢种。由于铁素体基体较 软，通常需要加入较多的合金元素，形成固溶强化和细小的合金碳化物强 化铁素体基体以得到较高的强度。但这一类钢种在热镀锌的过程中存在较 多的问题。热镀锌过程中需要再加热到至少600℃以上，再加热过程中会 发生回复和/或再结晶，细小弥散分布的合金碳化物也会粗化，会使得铁素 体强度降低，导致钢板强度降低和或者体素体基体和其他如贝氏体相之间 的强度差增大使得扩孔性能下降。
因此本发明采用以下设计思路：采用下贝氏体为主的贝氏体微观组织 可以保证钢板的强度和韧性，添加合金元素Cr和Mo使得铁素体相变区右 移，可以降低临界冷却速率，易于得到贝氏体组织。另外，通过其他合金 元素的加入和工艺控制合金碳化物的析出和固溶比例。Ti，Nb和V的加入 后在铁素体中以碳化物和固溶的形式存在，但碳化物析出过多后会使得碳 化物粗化，起不到提高强度的作用，因此需要控制卷取温度获得适量的较 细的合金碳化物，提高贝氏体铁素体和组织中少量存在的铁素体的强度， 使得微观组织中的贝氏体，少量铁素体和少量马氏体的强度差降低，从而 达到提高扩孔性能和冷弯性能的目的。
具体的，本发明的一种弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带， 其成分重量百分比为：C 0.07％～0.14％，Si 0.1％～0.4％，Mn 1.55％～2.00％， P≤0.015％，S≤0.004％，Al 0.01％～0.05％，N≤0.005％，还包括Nb≤0.07％， Ti 0.02～0.15％和V 0.10～0.20％中至少一种合金元素，以及Cr 0.15～0.50％和 Mo 0.15～0.50％中至少一种合金元素，其余为Fe和不可避免的杂质；其中， 合金元素的加入量需符合以下条件：
1.0≤(Nb/30+Ti/48+V/51+Cr/52+Mo/96)/(C/12)≤1.6。
当上述合金元素的添加量小于下限时，易于得到较多的铁素体组织， 碳化物的析出量也较少，钢板的强度达不到要求，扩孔率也不高；当添加 量高于上限时，合金碳化物会大量析出并粗化，较粗的碳化物在扩孔或弯 曲时成为裂纹源，降低钢板的扩孔性能。
由于Mo，V合金较贵，且含量较多时才能发挥效果。为了降低成本， 节约资源，本发明一种低成本(不含Mo和V)的弯曲性能良好的超高强 热轧复相钢板和钢带，其成分重量百分比为：C 0.07％～0.14％，Si 0.1％～0.4％，Mn 1.55％～2.00％，P≤0.015％，S≤0.004％，Al 0.01％～0.05％， N≤0.005％，还包括Nb≤0.05％，Ti 0.06～0.15％，以及Cr 0.15～0.50％，其 余为Fe和不可避免的杂质。
在本发明钢的成分设计中：
碳，对钢板的强度、成形性能和焊接性能影响很大。碳和其他合金元 素形成合金碳化物提高钢板的强度，碳低于0.07％钢的强度达不到目标要 求；碳高于0.14％，则并易生成马氏体组织和粗大的渗碳体，使延伸率和 扩孔率下降，因此本发明确定碳含量的范围为0.07％～0.14％。
硅，是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，当低于0.1％ 时，难以获得充分的脱氧效果；当硅含量高于0.5％时，易于生成多边形铁 素体组织，对扩孔率的提高不利，同时使得可镀性恶化，不利于生产热镀 锌钢板。故本发明将硅含量限定在0.1％～0.4％的范围内。
锰，是提高强度的有效元素，而且成本低廉，因此本发明将锰作为主 要添加元素。锰含量高于2.00％时，有大量马氏体生成，对弯曲和扩孔性 能不利；当锰含量低于1.55％时，钢板的强度不足。因此锰含量限定在 1.55％～2.00％。
铝，在炼钢过程中具有脱氧的作用，是为了提高钢水纯净度而添加的 元素。铝还能固定钢中的氮使之形成稳定的化合物，有效的细化晶粒，其 含量小于0.01％时，效果较小，超过0.05％时，脱氧作用达到饱和，再高则 对母材及焊接热影响区有负面影响。所以铝含量限定在0.01％～0.05％。
铌，能够有效的延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大， 提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时提高强度和延伸率。但铌含量高 于0.07％时，使成本增加，且效果不再显著，因此本发明中铌含量限定在 0.07％以下。
钛，是本发明中的重要添加元素，它形成细小的复合碳化物，阻止奥 氏体晶粒长大，细化晶粒，也能起到沉淀强化的作用。在提高钢的强度的 同时并不降低延伸率和扩孔率，但钛含量大于0.15％后，再增加其含量效 果并不显著，因此本发明中钛含量限定在0.15％以下。Ti含量小于0.02％ 时无细化晶粒和沉淀强化效应。
钒，作用是形成碳化物，提高钢的强度，但钒含量大于0.20％后，再 增加其含量效果并不显著，因此本发明中钒含量限定在0.20％以下。V含 量小于0.10％时沉淀强化效果不显著。
铬和钼，使CCT曲线中珠光体和铁素体的孕育期增长，抑制珠光体的 铁素体的形成，使冷却时易于得到贝氏体组织，对冷弯性能和扩孔率的提 高有利。同时，铬和钼有助于轧制时奥氏体晶粒的细化和细小的贝氏体的 生成，提高钢的强度，但添加量超过0.5％时，成本提高，可焊性明显降低。 因而在本发明中将铬和钼含量都限定在0.5％以下。Cr和Mo含量小于0.15％ 时对CCT曲线影响不显著。
钢中的杂质元素的上限控制在P：≤0.015％，S：≤0.004％，N：≤0.005％， 钢质越纯净效果更佳。
本发明的弯曲性能良好的超高强热轧复相钢板和钢带的制造方法，其 特征是，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按上述的成分冶炼和铸造成铸坯；
2)轧制
对铸坯加热，加热温度为1100～1250℃，之后进行控制轧制，精轧开 轧温度为950～1000℃，精轧终轧温度为900～950℃，热轧板厚度不 大于6mm；
3)轧后冷却
将上述轧制后坯料进行水冷却，冷却速度不小于30℃/s，卷取温度 为430～550℃，冷却后获得热轧板成品；
4)酸洗后获得酸洗板成品；
进一步，步骤4)酸洗经热镀锌，获得热轧热镀锌钢板成品。
在本发明钢的制造方法中：
板坯加热温度：板坯加热温度影响奥氏体晶粒尺寸。制造超高强度的 复相钢时，加入的合金元素如Ti和Nb会形成碳化物或氮化物，以提高钢 板的强度。板坯加热时，这些为合金元素须溶入奥氏体中形成完全的固溶 体，在后续的冷却过程中才能形成细小的碳化物或氮化物，起到强化的作 用，因此板坯加热温度限定在1200～1260℃。
终轧温度：当终轧温度不小于900℃时，可获得细小均匀的组织，终轧 温度低于900℃时，热加工时形成的带状组织将会保留，对提高弯曲和扩 孔性能不利，因此终轧温度限定为不小于900℃。通常情况下终轧温度的 上限并不需要特别规定，但考虑到板坯加热温度，终轧温度一般不超过 950℃。
冷却速率限定为不小于30℃/s是为了阻止过冷奥氏体转变为多边形铁 素体或珠光体，以及在较高温度碳化物的析出，形成以下贝氏体为主的微 观组织。
卷取温度：卷取温度是获得高扩孔率的最为关键的工艺参数之一。卷 取温度大于550℃时，由于合金碳化物的强烈析出和粗化，降低了铁素体 的强度，对钢板扩孔率有负面作用，另一方面，当卷取温度小于430℃时 会形成较多的马氏体组织，对钢板的扩孔率和冷弯性能不利，因此本发明 的卷取温度限定为430～550℃。
本发明的有益效果：
与常规的铁素体钢和铁素体贝氏体钢铁素体钢不同，本发明以贝氏体 基体，通过合金元素的添加，采用合理的热轧工艺，获得超高强度的热轧 及热镀锌复相钢，兼具良好的扩孔和弯曲性能。除C、Mn外，合金元素的 添加以1.0≤(Nb/30+Ti/48+V/51+Cr/52+Mo/96)/(C/12)≤1.6为必要条 件，其中添加Cr和Mo的主要目的是为了降低临界冷却速率，获得贝氏体 基体，另一方面，通过Ti，Nb，和V的添加并采用高温热轧低温卷取的热 轧工艺，获得适量的较细合金碳化物，强化铁素体贝氏体和铁素体，从而 获得良好的扩孔和弯曲性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
将表1中所示的不同成分的钢经冶炼后在1250℃再加热，按表2所示 精轧和卷取温度热轧和卷取后得到厚度小于6mm的钢板。取沿横向JIS 5# 拉伸试样，试验数据如表2所示。冷弯性能是指金属材料在常温下能承受 弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α(外角)和弯心直径d对 材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。表2 中冷弯性能为180°弯曲的冷弯直径。扩孔试验是一种薄板成形性试验。用 凸模把中心带孔的试件压入凹模，使试件中心孔扩大，直到板孔边缘出现 颈缩或裂纹为止，试验结果用于评价金属薄板的翻边成形性。扩孔率的测 试方法按ISO/DIS 16630标准执行。
表1中，实施例A～H为本发明的钢，对比例J～N中碳或锰或其他合金 元素含量超出本发明成分的范围。
可见，当成分偏离本发明范围时，如C和Mn含量较低时，对比例J 和对比例K钢的屈服强度小于700MPa，抗拉强度小于800MPa；而当C和 Mn含量高出本发明的成分范围时，热轧态组织中含有大量的马氏体，这将 会对钢的成形性能产生负面影响，冷弯性能和扩孔性能变差，不符合本发 明的目的。如对比例I的扩孔率小于50％；对比例L的冷弯性能为1a，扩 孔率也小于50％。
当卷取温度过高或终轧温度较低时，如表2中的对比钢A-2、F-1、F-2、 H-3，卷取温度大于550℃，卷取时会产生珠光体组织，另外，由于碳化物 的析出，降低了铁素体的强度，导致组织内较大的强度差，恶化了扩孔性 能。对比钢G-2的卷取温度为420℃，小于本发明的下限，卷取时会产生 大量的马氏体组织，抗拉强度极高，但延伸率较低，也对钢的冷弯性能有 不利影响。
本发明中合金元素加入量要求为：
1.0≤(Nb/30+Ti/48+V/51+Cr/52+Mo/96)/(C/12)≤1.6。
当合金元素加入量不符合要求时，如表1中的比较例M和比较例N， 其性能不能达到本发明所要求的性能。
表1中所示实施例A、B和F不含Mo和V，当合金元素和工艺满足 要求时，可得到成本较低的超高强热轧复相钢，其性能满足本发明的要求。
综上所述，本发明在碳锰钢的基础上，控制合理的成分范围，并添加 微合金元素，在常规的汽车用钢生产线基础上，进一步控制卷取温度，生 产出弯曲和扩孔性能良好的超高强热轧复相钢，其屈服强度不小于 700MPa，抗拉强度不小于800MPa，180°冷弯性能为0a，扩孔率不小于 50％，适合用于制造汽车底盘、悬挂件、保险杠等产品。