一种550MPa级高强钢及其制备方法与流程

一种550mpa级高强钢及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及钢材制备技术领域，具体涉及一种550mpa级高强钢及其制备方法。


背景技术：

2.随着汽车行业对安全、减重节能和环保的要求越来越高，汽车行业对高强度汽车用钢的需求日益迫切。相比于传统的普碳钢，高强钢可以降低汽车的整备质量，使汽车轻量化，从而实现节能减排、减少环境污染、降低汽车的制造和运输成本。目前，高强度钢板已成为商用车大梁及结构件的主流用钢，其需要具有较高的强度，同时具有一定塑性，保证产品的弯折性能。
3.但是，目前的高强钢难以兼具较高强度和良好塑性。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本技术提供一种550mpa级高强钢及其制备方法，旨在提供兼具较高强度和良好塑性的高强钢。
5.一方面，本技术实施例提出了一种550mpa级高强钢，包括钢本体，以及钢本体表面的氧化铁皮，所述钢本体包含如下重量百分含量的组分：
6.0.03wt％＜c≤0.07wt％，0＜si≤0.05wt％，0.08wt％＜mn≤0.20wt％，0＜ p≤0.02wt％，0＜s≤0.01wt％，还包括fe和不可避免的微量元素。
7.另一个方面，本技术实施例提供制备上述550mpa级高强钢的方法，包含如下步骤：
8.s1对包含上述组分的钢水进行连铸，得到钢坯；
9.s2对所述钢坯进行热连轧，得到热轧板；
10.s3对所述热轧板进行酸洗冷连轧，得到冷轧卷，
11.s4对所述冷轧卷进行退火处理，制得所述550mpa级高强钢；
12.其中，所述退火处理包括如下过程：
13.1)自由升温至400℃；
14.2)在400℃保温1.5～2h；
15.3)在3.5～4h内自400℃升温至500℃；
16.4)在500℃保温3.5～5h；
17.5)在1.5～2h内自500℃升温至515℃；
18.6)在515℃保温10～12h；
19.7)自然冷却后进行水冷处理。
20.优选地，步骤s1中所述连铸中钢水中的n含量≤0.07wt％。
21.优选地，步骤s2中所述热连轧包括加热处理、轧制和卷曲，其中，终轧温度为890～930℃，卷曲温度为600～640℃。
22.优选地，所述加热处理后铸坯的出炉温度为1080～1200℃。
23.优选地，步骤s3中所述酸洗冷连轧中相对压下率为55％～65％。
24.优选地，步骤7)中所述自然冷却为在退火炉内带罩冷却。
25.优选地，步骤7)中所述自然冷却时间为2～3h。
26.优选地，步骤7)中所述水冷处理后钢卷温度不高于450℃。
27.优选地，步骤s3中退火处理后钢卷的出炉温度不高于80℃。
28.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
29.(1)本技术提供的550mpa级高强钢完全采用低碳钢的成分设计，不添加较多合金元素，屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥600mpa，伸长率a50≥5％。
30.(2)为解决轧硬卷延伸率较低的影响，在保证产品强度的前提下，罩退采用缓慢升温和多平台低温保温工艺：0～400℃，自由升温，400℃保温2小时；400-500℃，4升温时间4h，500℃保温5小时；500-515℃，升温时间1.5h， 515℃保温10小时。有效的保证产品兼具较高强度和较好塑性，即屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥600mpa，伸长率a50≥5％。采用上述不完全退火，此钢种的再结晶终止温度适当，并未引起晶粒粗化，铁素体和珠光体的分布又无异常现象，部分重结晶，起到细化晶粒，在保证产品具有较高的强度和一定塑性的同时，又起到改善组织，降低硬度和消除内应力的作用。
具体实施方式
31.下面结合实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述用于示例性地说明本技术的原理，但不能用来限制本技术的范围，即本技术不限于所描述的实施例。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不要求严格意义上的垂直，而是可以包含允许的误差。“平行”并不要求严格意义上的平行，而是可以包含允许的误差。
33.550mpa级高强钢
34.本技术第一方面实施例提供一种550mpa级高强钢，包括如下重量百分含量的组分：0.03wt％＜c≤0.07wt％，0＜si≤0.05wt％，0.08wt％＜mn≤0.20wt％， 0＜p≤0.02wt％，0＜s≤0.01wt％，还包括fe和不可避免的微量元素。
35.根据本发明的实施例，c是提高钢强度的有效元素，本技术中采用较低的碳含量，发挥细晶强化和沉淀强化作用。
36.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，c的质量百分含量满足： 0.03wt％＜c≤0.07wt％。例如，c为0.04％、0.05wt％、0.06wt％或0.07wt％。 c的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
37.根据本发明的实施例，si作为脱氧剂，以减少钢中气体含量，但其含量过高会影响焊接性和表面质量。本技术采用质量百分含量为0＜si≤0.05wt％，上述含量的si既能起到脱氧的作用，又能阻止钢基体表面形成大量红锈类尖晶石feo.sio2氧化铁皮。
38.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，si的质量百分含量满足： 0＜si≤0.05wt％。例如，si为0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％或0.05wt％。 si的质量也可
以是以上数值的任意组合范围。
39.根据本发明的实施例，mn能固溶在钢板中，既起到固溶强化作用，又起到脱硫的作用，减少钢的热脆性。
40.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，mn的质量百分含量满足：0.08wt％＜mn≤0.20wt％。例如，mn为0.09wt％、0.10wt％、0.12wt％、 0.14wt％、0.16wt％、0.18wt％或0.20wt％。mn的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
41.根据本发明的实施例，p和s作为钢中有害夹杂对钢的冷弯性能和焊接特性具有巨大的损害作用；本发明从降低生产成本和提高产品质量出发，将p 含量控制在≤0.02wt％，将s含量控制在0＜s≤0.01wt％，减少磷和硫对高强钢冷弯、焊接性能的影响。
42.本技术实施例的高强钢不仅强度高，而且表面氧化铁皮掉粉少，可应用于商用车的大梁及结构上，可提高汽车结构件的成形性能、涂装性能和疲劳性能，大大提高汽车的使用寿命。
43.550mpa高强钢的制备
44.本发明第二方面的实施例提供一种上述550mpa级高强钢的方法，该方法包括如下步骤：
45.s1对包含上述组分的钢水进行连铸，得到钢坯；
46.s2对所述钢坯进行热连轧，得到热轧板；
47.s3对所述热轧板进行酸洗冷连轧，得到冷轧卷，
48.s4对所述冷轧卷进行退火处理，制得所述550mpa级高强钢；
49.其中，所述退火处理包括如下过程：
50.1)自由升温至400℃；
51.2)在400℃保温1.5～2h；
52.3)在3.5～4h内自400℃升温至500℃；
53.4)在500℃保温3.5～5h；
54.5)在1.5～2h内自500℃升温至515℃；
55.6)在515℃保温10～12h；
56.7)自然冷却后进行水冷处理。
57.在本技术的实施例中，在连铸之前还包括转炉钢水冶炼。具体的，出钢c 控制在0.020％～0.045％，氩站碳控制在0.020％～0.050％，转炉出钢温度＞ 1600℃；
58.1)铁水条件
59.铁水条件如下：p≤0.150％，s≤0.06％，若铁水s＞0.06％，则进脱硫站脱硫，出站s≤0.03％，铁水残余元素要求如下：as的质量百分含量要求≤0.020％；sn的质量百分含量要求≤0.030％。
60.本钢种目标n含量要求≤0.007％，为防止因钢水冶炼时间长和倒包过程增氮，回炉钢水不冶炼此钢。
61.2)转炉钢水终点的成分与温度
62.表1转炉钢水终点成份温度控制表
[0063][0064]
3)氩站交接点钢水的成分与温度
[0065]
表2氩站交接点成分与温度控制表
[0066]
c，％si，％mn，％p，％s，％als，％n，％出站温度≤0.05≤0.01≤0.20≤0.017≤0.0600.015-0.07≤0.0045≥1550℃
[0067]
在本技术的实施例中，在连铸之前还包括lf精炼处理。具体的，冶炼时间控制在40～100min；脱硫时将温度控制在1570－1590℃；根据渣况及[s] 含量加入石灰、化渣剂、预熔渣及电石进行调渣，将渣子四元碱度控制在2.0 左右，渣中(feo)+(mno)小于1.0％，渣稍稀，渣为白色。钢水进站后即接通底吹，以便化渣，全程不允许旁通搅拌，防止增氮严重，合金成分按目标控制，钙处理前须测温以确保出站温度，钙处理后禁止送电、大氩气搅拌和加料。
[0068]
表3 lf出站钢水成分控制表
[0069]
csimnpsnals0.03-0.07≤0.050.08-0.20≤0.020≤0.010≤0.0060.025-0.05
[0070]
其中，残余元素：as≤0.03％，sn≤0.03％。开浇第一炉适当增加als： 30-50ppm，确保镇静时间≥12min。
[0071]
在本技术的实施例中，步骤s1中所述连铸中钢水中的n含量≤0.07wt％。
[0072]
在一些实施例中，本钢种采用低碳钢保护渣，可与sphc等低碳钢钢种混浇，开浇前对各氩封系统进行检漏，中包吹氩≥2min；大包开浇后，过热度控制在15℃～35℃；拉速≥3.8m/min，中包成分控制c在0.030％～0.070％，si 控制在0～0.050％，mn控制在0.08％～0.20％，p控制在0～0.020％，s控制在0～0.010％，目标n含量要求≤0.007％。
[0073]
在本技术的实施例中，步骤s2中所述热连轧包括加热处理、轧制和卷曲，其中，终轧温度为890～930℃，卷曲温度为600～640℃。
[0074]
在一些实施例中，铸坯出炉温度为1080-1200℃。
[0075]
为有效提高此钢的卷取温度控制精度，以有利于减少基板的性能波动，热轧的fdt和ct较普通低碳钢基板分别降低和提高了10℃。
[0076]
1)热轧除鳞水设定
[0077]
表4热轧除鳞水压力值
[0078]
除鳞前喷bar除鳞后喷bar≥200≥300
[0079]
2)热轧温度设定
[0080]
表5热轧除鳞水温度值
[0081]
厚度范围/mm终轧温度/℃卷取温度/℃层冷模式1.5-6.0910
±
20℃620
±
20℃后段集中冷却
[0082]
3)基板板形及尺寸要求
[0083]
表6热轧除鳞水的基板特征
[0084]
厚度范围/mm凸度c40/um楔形w40/um头尾厚度偏差/mmh＜3.045
±
15∣w40∣＜c40-0.15～0.10h≥3.050
±
15∣w40∣＜c40-0.15～0.10
[0085]
4)热轧技术要求
[0086]
除鳞压力：以保证除鳞效果为准，可以适当加大。
[0087]
精轧负荷分配、张力制度、工作辊冷却水、速度制度及侧导的控制均采用 l2 auto模式。
[0088]
多功能仪、平直度仪、宽度、厚度及板形控制系统正常并投入使用，有问题及时处理。
[0089]
热轧的主要目的是把较厚的板坯轧制成相对较薄的热轧板卷。其加热温度设定首先是加热炉到终轧温度点的温降决定，在此基础上主要取决于其对材料性能的利弊；终轧温度的设定主要是要保证其不能低于奥氏体转变温度；卷取温度的设定主要取决于对材料力学性能的利弊，同时结合基板强度在酸轧压下后的强度值影响。
[0090]
在本技术的实施例中，步骤s3中所述酸洗冷连轧中相对压下率为55％～ 65％。
[0091]
根据本技术的实施例，酸轧的主要目的是在去除钢板表面氧化铁皮的同时，使较厚的热轧板轧制成较薄的冷轧板。其压下率的设定主要是根据要保证轧硬卷的力学性能而定，对于该钢种，采用此压下率工艺，有利于轧硬卷得到较高的强度和一定的延伸率。
[0092]
根据本技术的实施例，压下率的设定主要是根据要保证轧硬卷的力学性能而定，利用轧硬卷的加工硬化，相同基板通过大压下率有利于得到较高强度的轧硬板，但大压下率的轧硬卷延伸率相对更低。对于该钢种，采用cq7级压下率工艺，冷轧相对压下率控制在55％～65％范围，其压下率比cq级要偏小，主要目的就是控制轧硬卷的合适强度和保证一定的延伸率，以保证产品的最终使用性能。
[0093]
为满足客户使用时对车厢板较高的板形要求，本钢种用了参照汽车高强钢酸轧板形曲线优化出的9#车厢板专用曲线。
[0094]
1、生产组织
[0095]
(1)确认基板的钢卷外形、边部质量合格入库后，方可排入酸轧生产计划。
[0096]
(2)集中排产，按从宽到窄的原则编排生产计划，前后卷的强度、厚度、宽度跳跃需满足酸轧计划编排原则。
[0097]
2、质量控制计划
[0098]
(1)焊接、拉矫、酸洗按本工序现行的工艺技术规程控制。
[0099]
(2)酸轧工序不切边，精整工序切边。
[0100]
(3)f4工作辊采用粗糙度ra＝3.5μm毛化辊，在规定的轧制公里数及轧制吨位数内进行轧制。
[0101]
(4)乳化液系统采用s2+s3模式运行，浓度按现行的工艺技术规程控制。
[0102]
(5)采用“cq7”压下率。
[0103]
(6)采用9#目标板形曲线，控制轧机出口无边浪。
[0104]
在本技术的实施例中，步骤7)中所述自然冷却为在退火炉内带罩冷却。此低碳钢成分设计钢种完全退火产品的强度只有200mpa左右，不能满足此产品的屈服强度≥550mpa的目标要求。低碳钢轧硬板在退火温度≧560℃时，其屈服强度已经低于550mpa的最低要
求，因此，为达到目标力学性能要求，此产品采用罩式炉不完全退火工艺，退火出炉后制得所述550mpa级高强钢，退火温度及保温参数如下表所示：
[0105]
表7退火处理工艺参数
[0106]
退火温度工艺时间0-400℃自由升温400-400℃1.5-2h400-500℃3.5-4h500-500℃3.5-5h500-515℃1.5～2h515-515℃10～12h带罩冷却2～3h开始水冷温度≤450℃出炉温度≤80℃
[0107]
退火的主要目的是消除酸轧工序产生的加工硬化，使钢板充分再结晶。其中最关键的参数是退火温度和保温时间，其参数设定主要根据退火材料性能是否达到交货标准要求为准，而出炉温度主要是避免高温出炉钢板发生氧化。为精准控制本产品的强度和延伸率，本钢种采用了缓慢升温和多平台低温保温工艺。
[0108]
在一些实施例中，退火出炉后还包括平整处理，具体包括采用恒轧制力模式，轧制力控制建议在300
±
100吨，以保证出口板形良好为控制原则。
[0109]
平整工艺的主要作用是消除屈服平台(有屈服平台的钢板在过程中可能会出现拉伸应变痕缺陷)。其工艺参数的设定主要以消除屈服平台为基准，在此基础上适当增减用以微调屈服强度控制范围。
[0110]
本发明制备得到的550mpa级高强钢主要替代普板，用作普通冲压结构件，用于货厢盲波板、波纹板、车厢顶板、自动售货机等方面，并有望代替高强焊管和热轧汽车用钢，目前正试用于高强焊管、方管以及汽车底板等方面。
[0111]
实施例
[0112]
实施例1
[0113]
本实施例提供的550mpa级高强钢的化学组分及其含量是：c：0.0582wt％；si：0.0287wt％；mn：0.1388wt％；p：0.0098wt％；s：0.0054wt％；al：0.033wt％；其余为铁和不可避免的微量元素。
[0114]
本实施例提供的550mpa级高强钢的制备方法如下：
[0115]
(1)钢水冶炼：出钢c控制在0.0420％，氩站碳控制在0.0382％，转炉出钢温度1617℃；
[0116]
(2)lf精炼处理：冶炼时间91min；脱硫时温度在1576－1583℃；lf 出站成分控制c在0.0515％，si控制在0.0266％，mn控制在0.1353％，p控制在0.0099％，s控制在0.0053％，软吹时间10min。
[0117]
(3)csp连铸：开浇前中包吹氩2min；大包开浇后，过热度控制在20℃；拉速4.5m/min，中包成分控制c在0.0582％，si控制在0.0287％，mn控制在 0.1388％，p控制在0.0098％，s控制在0.0054％。
[0118]
本实施例的各工序的代码对应关系如下表所示。
[0119]
表8实施例1中各工序对应代码
[0120][0121]
(4)csp热轧
[0122]
表9实施例1的csp热轧工艺参数
[0123][0124][0125]
(5)酸连轧
[0126]
表10实施例1的酸连轧工艺参数
[0127][0128]
(6)罩式炉退火
[0129]
表11实施例1的罩式炉退火工艺参数
[0130][0131]
(7)平整处理
[0132]
采用恒轧制力模式，轧制力控制在300
±
100吨。
[0133]
(8)成品卷质量
[0134]
成品卷的力学性能和板形都满足q/ohac935-2020标准范围的要求，所得结果如下表所示。
[0135]
表12实施例1的成品卷的性能
[0136][0137][0138]
实施例2
[0139]
本实施例提供的550mpa级高强钢的化学组分及其含量是：c：0.0358wt％；si：0.0232wt％；mn：0.1144wt％；p：0.0128wt％；s：0.0051wt％；al：0.030wt％；其余为铁和不可避免的微量元素。
[0140]
本实施例提供的550mpa级高强钢的制备方法如下：
[0141]
(1)钢水冶炼：出钢c控制在0.0294％，氩站碳控制在0.0214％，转炉出钢温度1620℃；
[0142]
(2)lf精炼处理：冶炼时间77min；脱硫时温度在1578－1585℃；lf 出站成分控制c在0.0342％，si控制在0.0225％，mn控制在0.1151％，p控制在0.0126％，s控制在0.0054％，软吹时间8min。
[0143]
(3)csp连铸：开浇前中包吹氩2.5min；大包开浇后，过热度控制在 20-25℃；拉速4.3-4.5m/min，中包成分控制c在0.0358％，si控制在0.0232％， mn控制在0.1144％，p控制在0.0128％，s控制在0.0051％。
[0144]
表13实施例2中各工序对应代码
[0145][0146]
(4)csp热轧
[0147]
表14实施例2的csp热轧工艺参数
[0148]
钢卷号终轧温度/℃卷取温度/℃厚度/mm宽度/mm基板号39076251.91282基板号49076212.31282
[0149] (5)酸连轧
[0150]
表15实施例2的酸连轧工艺参数
[0151][0152]
(6)罩式炉退火
[0153]
表16实施例2的罩式炉退火工艺参数
[0154][0155]
(7)平整处理
[0156]
采用恒轧制力模式，轧制力控制在300
±
100吨。
[0157]
(8)成品卷质量
[0158]
成品卷的力学性能和板形都满足q/ohac935-2020标准范围的要求，所得结果如下表所示。
[0159]
表17实施例2的成品卷的性能
[0160][0161][0162]
由表12与表17可知，有本发明提供的550mpa级高强钢屈服强度≥550 mpa，抗拉强度≥600mpa，伸长率a50≥5％，即兼具较高强度和良好塑性。
[0163]
虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。