一种经济型抗拉强度750MPa级高扩孔热轧钢板的制作方法

本发明涉及一种热轧钢板，特别涉及一种经济型抗拉强度750mpa级高扩孔热轧钢板及其制造方法，属于铁基合金。

背景技术：

1、现有屈服强度650mpa高扩孔汽车结构用热轧钢板一般为低碳微合金钢，通过nb或、nb、v、ti中两种复合强化，通过细晶或析出强化实现高强度，该工艺成本高，随着汽车行业冲压装备产线的升级、材料的高强化推进，热轧汽车结构钢传统意义的标准产品已经越来越不能适应材料和装备的升级。

2、现有高强高扩孔的热轧汽车钢板主要有三类生产技术：一种是低碳低合金高强钢(hsla)，主要通过添加高mn、nb/v/ti单一或复合强化保证强度，为提高扩孔率，添加si元素，减少残余奥氏体数量，促进贝氏体的转变。其优点是，制造工艺相对容易实现，不足之处在于：合金成本高，si的添加容易在轧制表面形成硅红铁板，不能满足汽车用户对表面的要求；第二种是低碳经济型微合金钢，通过层流冷却两段中温卷取工艺实现高扩孔，优点是成本低，不足之处在于对热轧层流冷却工艺控制难度大，形成的组织中的贝氏体含量不稳定，扩孔率在钢带全长方向稳定性差；第三种工艺是中高碳加微nb、ti复合强化钢，通过层流两段冷却中温卷取实现高扩孔，优点是成本低，不足在处在于中碳体系容易出现带状组织并且不符合大部分汽车钢标准的低碳标准要求。

3、申请公布号cn109706401a的中国专利申请文件公开了一种690mpa高扩孔钢带的生产工艺，包括转炉冶炼、lf炉精炼、板坯连铸、加热、粗轧、精轧、冷却和卷取工序；所述精轧工序，入口温度1040～1090℃，终轧温度830～880℃；所述冷却工序，钢带经层流冷却前部粗调段以35～50℃/s冷速快冷到680～720℃，中间空冷4～8s，再经层流冷却后部精调段以20～30℃/s冷速快冷到450～500℃。采用细晶强化和析出强化等手段，在具有较高强度的同时仍能保证较高的扩孔性能。钢带的抗拉强度级别为690mpa，所采用的层流冷却三段控制工艺难度大，形成的组织中的贝氏体含含量不稳定，扩孔率在钢带全长方向稳定性差。

4、申请公布号cn112673117a的中国专利申请文件公开了具有高扩孔率的热轧钢板及其制造方法，所述高扩孔钢板化学成分组成及质量百分含量为：c：0.15～0.20％,mn：0.50～2.0％,si：0.25～1.25％,al：0.10～1.0％,其中(al+si)：1.0～2.0％，cr：0.001～0.25％，p：≤0.020％，s≤0.005％，n≤0.008％，以及任选地以下中的一种或更多种元素：mo：0.005～0.250％，v：0.005～0.250％，ca：0.001～0.003％，ti：0.001～0.026％，以及其中显微组织包含表面分数的总和大于5％且严格地低于20％的铁素体和贝氏体，剩余部分由回火马氏体构成，该发明通过中碳高si设计实现高扩孔。该方案通过增加c含量来提高强度，对材料的塑性不利，易出现带状组织，并且高si设计轧制后的表面不能满足汽车零部件的产品标准要求。

5、申请公布号cn112779401a的中国专利申请文件公开了一种屈服强度550mpa级高扩孔热轧酸洗钢板，所述高扩孔钢板化学成分组成及质量百分含量为：c：0.05～0.08％，mn：1.0～1.2％，si：0～0.10％，p：0～0.020％，s：0～0.003％，alt：0.02～0.05％，n：0～0.005％，nb：0.01～0.02％，ti：0.04～0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素，层流冷却采用两段式冷却工艺，第一段冷却，将钢板由850～880℃冷却至700～750℃，钢板冷却速度为30～40℃/s；第二段冷却，将钢板由700～750℃冷却至600～640℃，钢板冷却速度为80～100℃/s，第一段和第二段冷却均采用水冷方式；卷取温度为600～640℃时卷取得到热轧钢卷,该方案通过nb、ti复合强化，两段冷却实现，产品强度为屈服550mpa级别，合金成本高。

6、申请公布号cn106609335a的中国专利申请文件公开了抗拉强度700mpa级高扩孔热轧钢板及其制造方法，所述高扩孔钢板化学成分组成及质量百分含量为：c：0.05％～0.09％，si：0.15％～0.35％，mn：1.20％～1.80％，p≤0.015％，s≤0.008％，al：0.015％～0.050％，ti：0.08％～0.13％，v：0.035％～0.065％余量为fe及不可避免的杂质元素，层流冷却采取三段式冷却方式，第一段采用采用水冷，冷却速度为20-50℃/s，第一段终冷温度为600-700℃/s，第二段采用空冷，空冷时间为4-15s，第三段为水冷，冷却速度为30-60℃/s，卷取温度为200℃～300℃。该方案通过nb、v复合强化，合金成本高，三段冷却冷却实现，现场控制难度大，难以获得稳定含量的金相组织。

7、随着汽车行业加工效率提高，零件集成、工序缩短的需求日益增加，需要制造高强度、形状复杂的汽车零件；需要研发兼具低成本、高强度、高表面、良好冲压性能和扩孔性能的热轧钢板，以满足汽车零件制造需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种经济型抗拉强度750mpa级高扩孔热轧钢板及其制造方法，主要解决现有抗拉强度750mpa级热轧钢板的生产成本高、扩孔性能低、不能满足复杂形状汽车零部件制造用钢需求的技术问题。本发明热轧钢板具有低成本、高强度和良好的扩孔性能，表面质量良好，满足了复杂形状汽车零部件的制造需求，满足汽车结构件轻量化需求。

2、本发明的技术思路是，通过采用合适成分设计、炼钢工艺、热轧工艺设计，获得热轧钢板的金相组织采用准多边形铁素体+下贝氏体组织设计，提高扩孔性能，在此基础上适当弱化细晶强化效果、促进析出强化效果提高强度，在保持高强度的同时具有良好的扩孔性能。

3、本发明采用的技术方案是，一种经济型抗拉强度750mpa级高扩孔热轧钢板，其化学成分重量百分比为：c：0.03％～0.06％，mn：1.4％～1.6％，si：0.08％～0.14％，p≤0.015％，s≤0.003％，alt：0.015％～0.050％，n≤0.0060％，ti：0.08％～0.11％，余量为fe及不可避免的杂质元素。

4、本发明热轧钢板的金相组织包括以面积分数计90％～94％的准多边形铁素体，6～10％的下贝氏体，铁素体晶粒度级别为11～13级；2.0～3.0mm热轧钢板的屈服强度rp0.2为660～700mpa，抗拉强度rm为750～850mpa，断后伸长率a80mm为14％～20％，扩孔性能λ为60％～90％。

5、本发明热轧钢板用于复杂成形的汽车结构零部件制作。

6、本发明所述的经济型抗拉强度750mpa级高扩孔热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

7、碳：c是提高钢的强度的最有效元素。本发明采用低碳设计路线，当c含量高于0.085％时，炼钢进入包晶区，板坯质量难以控制易出现卷渣等缺陷，同时钢中珠光体含量增多，钢的塑韧性和焊接性能变差；当c量低于0.02％时，钢的强度难以保证。为保证该钢的强韧性以及焊接性能，本发明设定的c含量为0.03～0.06％。

8、硅：si促进先共析铁素体的生成，扩大铁素体形成窗口且硅可以促进铁素体向残余奥氏体排碳，为后续贝氏体获得创造最佳工艺窗口；但si含量高损害塑性，且硅含量高容易产生表面红铁皮，影响表面质量，本发明设定的si：0.08～0.14％。

9、锰：mn是脱氧元素，去除钢中大尺寸的夹杂物以保证钢中纯净度，同时锰与硫形成硫化锰，可避免fes对塑性的不利影响。锰对钢性能有固溶强化作用，还可细化铁素体晶粒，在保持数倍于硫的含量基础上尽量降低锰含量，有利于降低合金成本，并降低材料强度提高成形性。相较于细晶强化方式和析出强化方式，固溶强化方式提高屈强比的速率最低，因此用固溶强化来保证强度对获得低屈强比最有利，但mn含量过高时将增加钢中的组织偏析，影响钢的组织均匀性和冲击性能，还会影响焊接性能。因此，本发明中mn含量控制在1.4～1.6％。

10、磷：p是钢中的有害元素，容易引起严重的偏析，降低钢板的韧性，导致发生脆断。此外，过高的p含量将显著降低钢的焊接性能，一般应予以去除。因此，在本发明中，控制p≤0.015％。

11、硫：s是钢中的有害元素，易与钢中mn等元素形成硫化物夹杂以及组织偏析，在扩孔过程中成为裂纹源，降低钢的扩孔性能，同时硫还降低钢的强度和韧性，恶化疲劳及焊接性能，应尽量降低其含量。因此，本发明中s含量控制在0.003％以下。

12、钛：ti是一种强碳氮化物形成元素，碳、氮化物颗粒在铁素体中沉淀析出，能有效提高铁素体基体的强度。ti含量在0.06％～0.12％的低合金钢，具有良好的力学和工艺性能，并且在目前的钢铁竞争中，该合金元素的加入，具有显著的成本优势。因此，本发明中ti含量控制在0.08～0.11％。

13、铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成al2o3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的al2o3夹杂，al2o3夹杂对于热轧钢板疲劳性能损害极大，热轧钢板必须对al2o3夹杂进行控制。本发明限定alt含量为0.015％～0.050％。

14、氮：氮在本发明中的作用是起到固化ti的作用，起到析出强化作用。氮是强钛化物形成元素，和钢中钛形成tin在热轧过程中形成析出物。氮过高会形成粗大的tin夹杂，在连铸过程析出，粗大的tin夹杂对于热轧钢板疲劳性能损害极大，热轧钢板必须对n含量进行可控制。本发明限定n含量≤0.0060％。

15、一种经济型抗拉强度750mpa级高扩孔热轧钢板的制造方法，包括：

16、钢水经连铸得到连铸板坯，钢水化学成分的重量百分比为：c：0.03％～0.06％，mn：1.4％～1.6％，si：0.08％～0.14％，p≤0.015％，s≤0.003％，alt：0.015％～0.050％，n≤0.0060％，ti：0.08％～0.11％，余量为fe及不可避免的杂质元素；

17、连铸板坯经加热炉加热至1240～1280℃后进行热轧，热轧粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030～1050℃；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为830～880℃，精轧压下率为85～95％，精轧后，控制钢板厚度为2.0～3.0mm，层流冷却采用后段冷却，冷却速度为45～60℃/s，卷取温度为450～500℃时卷取得到热轧钢卷。

18、本发明采取的生产工艺的理由如下：

19、1、连铸板坯加热温度的设定

20、本成分设计中添加了ti期望获得弥散细小的二相粒子，而tin、ti4c2s2因熔点高在连铸过程中即产生并聚集成大颗粒，需采用较高的板坯加热温度使得大颗粒的二相粒子能够重新融入基板再弥散析出，因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1240～1280℃。

21、2、粗轧结束温度的设定

22、粗轧过程中，为使晶粒进行回复和再结晶，粗轧结束温度应高于该钢的奥氏体再结晶温度，该钢的奥氏体再结晶温度约为930℃，且为了后续精轧能够实现奥氏体区轧制，粗轧结束温度不能太低，但粗轧结束温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。因此，粗轧结束温度设定为1030～1050℃。

23、3、精轧结束温度的设定

24、为防止精轧在两相区轧制，出现混晶组织，终轧温度需高于ar3相变点，该钢的ar3相变点为840℃。此外，为获得相对大尺寸的晶粒，终轧温度可以略高一些，但温度过高使得晶粒粗大不利于冲压性能。因此，本发明设定精轧结束温度为830～880℃。

25、4、精轧后层流冷却方式、冷却速度的设定

26、为了获得合适的组织类型，需要对层流冷却方式进行控制。本发明采用后段冷却方式，主要依据如下：后段冷却方式的特征是使钢板在精轧出口空冷一段时间后在进入层流水幕，钢板经过层流水幕冷却到卷取温度。钢板在精轧出口空冷一段时间，可以使材料获得合适90～94％体积分数的准多边形铁素体；然后在进入层流水幕，以冷却速度为45-60℃/s冷却到卷取温度，若是冷却速度高于60℃/s，会获得马氏体组织，材料强度增加，但是扩孔性能降低；若是冷却速度低于45℃/s，会获得上贝氏体组织，材料强度增加，但是扩孔性能降低，但是断后伸长率降低。

27、5、热轧卷取温度的设定

28、热轧卷取温度是影响机械性能的关键因素之一，卷取温度高，会导致铁素体和珠光体含量较多，不利于扩孔率的提升；卷取温度较低，铁素体含量较少，同时析出量较少，并有可能出现马氏体组织，该产品设计考虑tin大颗粒析出带来的不利影响并结合考虑中温下贝氏体相变的发生，提高扩孔及凸缘翻边性能，本发明下贝氏体转变温度为480℃，设定热轧卷取温度为450～500℃。

29、本发明方法生产的热轧钢板的金相组织包括以面积分数计90％～94％的准多边形铁素体,6～10％的下贝氏体，铁素体晶粒度级别为11～13级；2.0～3.0mm热轧钢板的屈服强度rp0.2为660～700mpa，抗拉强度rm为750～850mpa，断后伸长率a80mm为14％～20％，扩孔性能λ为60％～90％。

30、本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明采用的采用低碳、中锰、钛析出强化结合热轧传统后段冷却工艺设计，获得准多边形铁素体和下贝氏体，通过固溶强化、组织强化和析出强化的配合，避免了传统铁素体贝氏体组织的mo、cr和热轧三段冷却特殊工艺要求，成本较低，工艺简单，兼具高强度、高表面和扩孔性能的特点。2、本发明的热轧板，相比常规同等级强度的铁素体珠光体组织，扩孔率高；相比同等级强度的双相(f+m)组织，现场易控制、扩孔率、稳定性均较高。3、本发明的经济型抗拉750mpa级热轧板，得到扩孔率达到60～90％，综合成形性能较好、表面质量良好、制造成本低、具备良好冲压性能、扩孔性能，制造工艺易实现、性能稳定，适用于加工复杂形状的热轧汽车结构件，满足汽车零部件的制造需求；用本发明热轧钢板制造的汽车零部件需要通过整车(轿车)厂的拉力试验，降低了零件单重。