CN101353761B - 一种高强度冷轧热镀锌用trip钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料加工领域，特别是提供了一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板及其制备方法。TRIP钢板成分质量百分含量为：C：0.1～0.4％，Si：≤0.06％，Mn：0.5％～2.5％，Al：0.5％～2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.02％，Nb：0.01％～0.10％，Ti：0.01％～0.10％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～0.6％，余量为铁。制备过程通过控制钢中C、Mn、Nb、Ti等元素含量及热轧、卷取、冷轧和退火温度与时间等措施改善了TRIP钢板的综合性能。与传统的相变诱导塑性钢比较，本发明具有以下优点：1)具有优良的可镀性，因为采用低硅，可以满足热镀纯锌、合金化镀锌的镀层要求，得到优良的镀层性能；2)晶粒细化效果好，因为采用Nb微合金化，可以有效细化晶粒。
Description
本发明属于金属材料加工领域，特别是提供了一种高强度冷轧热镀锌用相变诱导塑性(TRIP)钢板及其制备方法。
背景技术：
汽车工业要求减重，这意味着使用强度更高的材料，以便能够在不放弃安全性和功能要求的前提下减小部件的厚度.超高强度钢(UHSS)薄板产品，尤其是相变诱导塑性(TRIP)钢产品具有突出的高强度与良好成形性组合，因此能够为这一问题提供解决办法.此外，经常要求借助电镀锌或者热镀锌来提高上述钢薄板产品的耐腐蚀性能。
传统TRIP钢中，成分主要为0.12-0.55％C，0.2-2.5％Mn，0.4-1.8％Si(质量百分数)。在这些合金元素中，Si是一种固溶强化元素，不溶于渗碳体，能强烈阻碍渗碳体的析出和提高铁素体的强度。但是当钢中硅含量较高，热轧时钢材表面很容易形成一层氧化层，这些氧化层即使通过除磷处理，也很难将其彻底除去。在随后的轧制过程中，这些氧化层发生破裂，部分进入钢材的表面，导致钢材表面质量的降低。经冷轧和连续退火后，这些氧化层显著降低材料的涂覆性，必须经过电镀工艺才能进行最后的镀锌处理。这些问题，限制了高Si-TRIP钢在实际中的广泛应用。
Al和Si都不溶于渗碳体，都能强烈阻止渗碳体的形成，因此，上世纪80年代不少学者提出用Al来替代Si而发展起来的Al-Mn系TRIP钢。与Si元素相比，铝是一种弱的固溶强化元素，当硅被铝完全取代时，将对TRIP钢的强度-塑性的平衡产生消极作用，此时虽然钢的延伸率能保持相同水平，但是钢的抗拉强度大大降低了。
有学者(添加0.5％铜及贝氏体化对0.2C_1.5Mn_1.5Si形变诱发塑性TRIP钢板组织和力学性能的影响)研究发现，添加Cu元素，可以在牺牲少许塑性条件下，提高强度50～100MPa，所以，通过添加少量合金元素可以显著提高材料的综合性能。
发明内容：
本发明的目的在于提供一个高强度、微合金化的Al-TRIP钢用材料，并通过冷轧制备成易于镀锌的钢产品。
一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板，其特征在于TRIP钢板成分质量百分含量为：C：0.1～0.4％，Si≤0.03％，Mn：0.5％～2.5％，Al：0.5％～2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.02％，Nb：0.01％～0.10％，Ti：0.01％～0.10％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～0.6％，余量为铁。
如上所述一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板，其特征在于制备步骤如下：
1.冶炼、浇注：在出钢的时候加入合金元素Nb，Ti，通过细小的(Nb，Ti)(C，N)，钉扎奥氏体晶界，细化铸坯晶粒；在浇注的时候进行稀土喂丝。
2.热轧钢坯：热轧终轧温度为Ar3+20～150℃，得到热轧坯料。
3.卷取：将热轧坯料冷却至600～750℃的卷取温度下卷曲坯料。
4.酸洗去除氧化物。
5.冷轧：采用50～70％的的压下量冷轧上述热轧坯料，以减小厚度。
6.加热保温：冷轧坯料保温温度750～900℃，保温时间为60～200s。
7.热镀锌：采用20～50℃/s的冷却速度将所述冷轧钢坯冷却至450～470℃，在该温度范围对所述冷轧钢坯进行热镀锌，时间为10～60s，
8.冷却至室温：采用20～50℃/s的冷却速度将所述冷轧钢坯冷却至室温。
C：碳是奥氏体稳定化元素，强烈降低Ms点。只有含有一定量的C的奥氏体才能在室温残留。并且由于转化诱导的可塑性。当C浓度小0.05％时，几乎无法保证5％更多的残余奥氏体，因而不能实现本发明的目的。另一方面，超过0.4％会使焊接性非常差，所以C含量也不能过高。
Mn：锰起奥氏体的稳定剂的作用，因而能够降低残余奥氏体的Ms温度。此外，锰能够抑止珠光体形成，而且，还能够通过固溶强化提高钢的强度总水平。另一方面，添加过量的Mn会导致当从保温温度冷却时不能充分形成珠光体，从而使残余奥氏体中的破浓度不足，致使其稳定性下降。Mn含量过高还将提高焊缝的硬度，并促进有害的带状组织的形成。当Mn的加入量小于0.5％时，为抑制分解成珠光体必须提高冷却速率，这在工业控制上是不可能的，因而这种加入量不合适。另一方面，当Mn量超过2.5％时，带状结构显著，性能变差，因而也是不理想的。
Si：硅对热镀锌不利。为了避免要求对钢坯热装料，以防止形成裂纹，应进一步限制Si含量。通过限制Si含量，也能够避免在热轧表面出现红鳞。
Al：铝也是一种程度强烈的铁素体稳定剂，因而能够在保温以及从保温温度冷却期间促进铁素体的形成，因此能够稳定残余奥氏体。残余奥氏体被稳定的原因在更大程度上是因为Al还能够在过时效期间抑止从残余奥氏体中析出。与Si不同，Al对热镀锌无有害影响。Al能够强烈提高A3点，当Al含量过高使得热轧开轧和终轧的温度需要提高，同时两相区退火的温度也需要提高。另一方面，过高的Al含量对连铸也不利。
Nb：铌是一种强碳化物形成元素，铌和碳的亲和力大于钒，在钢铁材料中常用铌进行微合金化，主要是利用铌与碳结合形成弥散的碳化物，这种含铌的碳化物形成温度较高，可能在高温钢水中存在，而且其晶格常数与奥氏体相近，可以作为奥氏体的结晶核心，加入微量的铌可以细化凝固组织，另外在热处理过程中析出碳化铌一般呈细小弥散分布，有利于弥散强化，并且可以阻止高温奥氏体长大。但是过多的Nb会发生Nb(C，N)的偏聚，形成粗大的Nb(C，N)，造成合金元素的浪费。
Ti：钛的作用与铌相似，都是微合金元素
Cu：1％的铜含量可提高50MPa的强度，但铜的溶解仅在高温时发生，室温下几乎为零，铜还通过细化晶粒来提高强度。在铁素体冷却的过程中，铜的溶解度迅速降低，产生析出强化。
Ni：镍与Mn相似产生奥氏体，同时其还能提高强度和镀覆性能，此外，与Si和Al相似，Ni不溶解在渗碳体中.在350-600℃温度范围内的保持过程中抑制渗碳体沉淀，并延迟转化过程。Ni还能改善加入Cu所带来的塑性的恶化。
S：硫作为残余及有害元素除了能改善钢的切削加工性外，对钢的延伸、冲击韧性及热加工都十分不利。所以S一定要控制在0.02％以内。
P：磷是一种有害元素，严重地破坏了钢的冲击韧性，对钢的热加工及焊接性也不利。同样，P也要严格控制在0.03％之内。
与传统的相变诱导塑性钢比较，本发明具有以下优点：
1)具有优良的可镀性，因为采用低硅，可以满足热镀纯锌、合金化镀锌的镀层要求，得到优良的镀层性能；
2)晶粒细化效果好，因为采用Nb微合金化，可以有效细化晶粒。
附图说明
图1为退火工艺示意图
具体实施方式
本发明的高强度冷轧热镀锌用TRIP钢的制造方法：
首先根据设计成分进行冶炼，坯料经锻造后热轧成薄板，热轧终轧温度860～900℃，卷取温度为600～700℃；冷轧压下率为50～70％；两相区退火温度为800～880℃，两相区退火时间为60～200s，从退火温度冷至锌池温度的冷速CR1为20～50℃/s；锌池温度为450～470℃，镀锌时间为10～60s，镀锌后的冷却速度CR220～50℃/s冷却至室温，从而获得高强冷轧热镀锌用TRIP钢。图1为退火工艺，表1为化学成分，表2为力学性能。
表1化学成分
| C | Al | Si | Mn | P | S | Cu | Ni | Nb | Ti |
| 0.24 | 1.23 | 0.03 | 1.7 | 0.006 | 0.005 | 0.54 | 0.31 | 0.03 | 0.015 |
表2主要工艺与力学性能
| 实施 例 | 退火 温度/℃ | 退火 时间/s | 镀锌 温度/℃ | 镀锌 时间 /s | 屈服 强度 /MPa | 抗拉 强度 /MPa | 延伸率/ ％ |
| 1 | 860 | 80 | 460 | 10 | 368 | 865 | 18.5 |
| 2 | 860 | 80 | 460 | 30 | 418 | 828 | 27.0 |
| 3 | 880 | 80 | 460 | 10 | 465 | 908 | 17.3 |
| 4 | 880 | 80 | 460 | 30 | 418 | 838 | 24.8 |
Claims (2)
1.一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板，其特征在于相变诱导塑性钢板成分质量百分含量为：C：0.1～0.4％，Si≤0.03％，Mn：0.5％～2.5％，Al：0.5％～2.0％，P：≤0.03％，S：≤0.02％，Nb：0.01％～0.10％，Ti：0.01％～0.10％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～0.6％，余量为铁。
2.如权利要求1所述一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板，其特征在于制备步骤如下：
1).冶炼、浇注：在出钢的时候加入合金元素Nb，Ti，在浇注的时候进行稀土喂丝；
2).热轧钢坯：热轧终轧温度为Ar3+20～150℃，得到热轧坯料；
3).卷取：将热轧坯料冷却至600～750℃的卷取温度下卷取热轧坯料；
4).酸洗去除氧化物；
5).冷轧：采用50～70％的的压下量冷轧上述热轧坯料，以减小厚度；
6).加热保温：冷轧坯料保温温度750～900℃，保温时间为60～200s；
7).热镀锌：采用20～50℃/s的冷却速度将所述冷轧钢坯冷却至450～470℃，在该温度范围对所述冷轧钢坯进行热镀锌，时间为10～60s；
8).冷却至室温：采用20～50℃/s的冷却速度将所述冷轧钢坯冷却至室温。
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