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CN113249646B - 一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法 - Google Patents

一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法 Download PDF

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CN113249646B CN202110403518.XA CN202110403518A CN113249646B CN 113249646 B CN113249646 B CN 113249646B CN 202110403518 A CN202110403518 A CN 202110403518A CN 113249646 B CN113249646 B CN 113249646B
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Abstract

本发明公开了一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al 0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N 0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明提供的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法成本低且效率高，所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板强塑性高、无屈服平台。

Description

一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法
技术领域
本发明属于高强钢制造技术领域，具体涉及一种汽车用的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法。
背景技术
随着能源和环境问题日益凸显，汽车车身轻量化的需求已刻不容缓。在当前乃至今后很长的一段时间内，汽车车身材料仍将以钢铁为主。因此，不断提高薄规格高强钢在车身上的应用比例是汽车轻量化的重要途径。
目前，应用于车身上的高强钢通常是以双相(Dual phase，DP)钢为代表的第一代高强钢。而以孪晶诱发塑性(Twin induced plasticity，TWIP)钢为代表的第二代高强钢，因其较高的材料成本和制造难度并未得到普及。如今，汽车用高强钢已经发展到第三代，其中的中锰钢则是得到较多关注和研究的代表钢种。
然而，高强塑性中锰钢薄板在工业化生产和应用上却进展缓慢。这是因为，在中锰钢薄板的生产和应用上都存在瓶颈问题。首先，中锰钢中较高的Mn含量(5～12％)会增加钢的淬透性，这将导致中锰钢热轧板的显微组织为硬度极大的单一马氏体，无法实现大压缩比的冷轧减薄工序；其次，冷轧中锰钢在退火过程中发生充分再结晶，形成细小的等轴状铁素体和亚稳奥氏体，这种组织结构易导致钢板的拉伸变形曲线出现较长的屈服平台，会严重影响钢板的冲压质量
中国专利申请201810102864.2、201810455858.5和201610455155.3公开的技术方案中，通过对中锰钢热轧板进行罩式软化退火以减小冷轧难度，然而这种处理无疑增加了工业生产流程和制造成本。
中国专利申请201810968412.2公开了一种1000MPa级低锰双配分冷轧薄钢板及其制备方法，其通过对冷轧中锰钢进行两次临界区退火来得到板条状的铁素体和残余奥氏体组织，以消除拉伸变形的屈服平台。然而这种技术方案同样增加了成本，降低了生产效率。
因此，亟需开发一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法，在降低生产成本并提高生产效率的前提下，获得强塑性高、无屈服平台的中锰钢薄板。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法。本发明提供的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法成本低且效率高，所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板强塑性高、无屈服平台。
用于实现上述目的的技术方案如下：
在本发明的一个方面，提供一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，其中，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al 0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N 0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.20～0.30％、Mn 4.0～5.0％、Al 0.9～1.2％、Si 0.42～0.6％、Nb 0.04～0.06％、P 0.005～0.01％、S 0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.27％、Mn 4.9％、Al 1.1％、Si0.4％、Nb 0.05％、P 0.008％、S 0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，铁素体为60～75％，残余奥氏体为25～40％。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体≥70％。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，抗拉强度≥900MPa，断后延伸率(A50)≥30％，强塑积≥30GPa·％，室温拉伸变形曲线无屈服平台。
在本发明的另一个方面，还提供了本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法，包括以下步骤：
对铁水进行冶炼，得到钢水；
对所述钢水进行薄板坯连铸，得到铸坯；
对所述铸坯进行粗轧、精轧和卷取，得到热轧钢卷；
对所述热轧钢卷进行开卷、酸洗，得到热轧基板；
对所述热轧基板依次进行预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理、镀锌、光整，后冷却至温度为18～31℃，得到所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板；
其中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al 0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo 0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N 0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.20～0.30％、Mn 4.0～5.0％、Al 0.9～1.2％、Si 0.42～0.6％、Nb 0.04～0.06％、P 0.005～0.01％、S 0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.27％、Mn 4.9％、Al 1.1％、Si 0.4％、Nb0.05％、P 0.008％、S 0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述粗轧的开轧温度为1100～1150℃；
所述精轧的开轧温度为1000～1050℃，所述精轧的终轧温度为820～920℃；
所述卷取的温度为450～600℃。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述粗轧的开轧温度为1110～1130℃；
所述精轧的开轧温度为1010～1030℃，所述精轧的终轧温度为850～890℃；
卷取温度为460～520℃。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述粗轧的开轧温度为1120℃；
所述精轧的开轧温度为1010℃，所述精轧的终轧温度为860℃；
卷取温度为480℃。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述预热处理，包括：将所述热轧基板从温度为18～31℃加热至温度为210～230℃；
所述第一加热处理，包括：将经过所述预热处理的热轧基板以3～4℃/s的加热速率从温度为210～230℃加热至温度为640～660℃；
所述预氧化处理包括：将经过所述第一加热处理的热轧基板在温度为640～660℃下保温10～20s；
所述第二加热处理包括：将经过所述预氧化处理的热轧基板以0.2～0.5℃/s的加热速率从温度为640～660℃加热至温度为700～750℃；
所述均热处理包括：将经过所述第二加热处理的热轧基板在温度为700～750℃下保温90～200s。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述缓冷处理，包括：将经过所述均热处理的热轧基板以1～3℃/s的冷却速率从温度为700～750℃冷却至温度为680～700℃；
所述快冷处理，包括：将经过所述缓冷处理的热轧基板以15～30℃/s的冷却速率从温度为680～700℃冷却至温度为450～470℃；
所述镀锌，包括：锌锅中的锌液温度为450～470℃。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述预氧化处理的过程中，气氛为包括氮气和空气的混合气体；
所述混合气体中，氧含量为2000～10000ppm；
所述均热处理的过程中，露点为-40～-60℃，均热炉内氢气的百分比含量为5～10％。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述光整的过程中，光整延伸率为0.2～0.6％。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述铸坯的厚度为100～120mm；
所述热轧钢卷的厚度为1.2～2.5mm。
本发明通过大量研究，针对本发明目的，限定了所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的化学成分及其含量，其思路如下：
C元素是中锰钢中重要的合金元素，其不仅可以提高带钢基体组织的硬度和强度，还可以通过在退火过程中向带钢逆转变奥氏体富集来提高逆转变奥氏体的稳定性。对于采用工业连续退火或连续热镀锌线制备的中锰钢，C元素是稳定带钢奥氏体的重要因素。这是因为，在带钢的连续退火或热镀锌过程中，带钢在均热处理阶段的停留时间较短，且扩散速率较慢的Mn元素在带钢奥氏体内的富集并不完全，而具较高扩散速率的C元素可快速扩散至带钢逆转变奥氏体并提高其稳定性。为了实现本发明目的，发明人经过大量筛选，限定了C0.15～0.35％。其中，C含量至少要达到0.15％。然而，当C含量超过0.35％时，中锰钢薄板的焊接性能会大幅下降。
Mn元素是一种较强的带钢奥氏体稳定化元素。本发明通过限定如本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法的一系列工艺，在连续热镀锌的均热处理阶段可实现Mn元素不断向带钢逆转变奥氏体富集，进而可提高奥氏体的稳定性和在室温下的含量。Mn元素同时是一种固溶强化元素，其可显著提高中锰钢基体组织的强度。为了获得900MPa以上的抗拉强度和超过30％的断后伸长率，本发明通过大量试验限定了Mn 2.8～5.5％。其中，Mn元素含量需控制在2.8％及以上。此外，由于本发明所述铸坯是经过薄板坯连铸连轧工艺得到，其较常规的热轧板薄，而Mn元素含量过高易导致热轧钢卷出现边裂等质量问题，因此，本发明限定了Mn含量不超过5.5％。
Al元素是铁素体形成元素，其可以抑制碳化物的析出，并促进C元素向带钢逆转变奥氏体富集。对于连续热镀锌中锰钢，采用Al元素来代替部分Si元素，不仅可以提高热轧钢卷的表面质量，还可以在一定程度上提高锌层粘附能力。因此，对于本发明的高强塑性热基镀锌中锰钢板而言，发明人最终选择限定Al元素的添加下限为0.8％。然而，Al元素的过量添加会降低中锰钢板的强度，并且容易造成钢水连浇过程粘结报警，发明人最终选择限定Al元素的含量上限为1.6％。
Si元素在中锰钢中的主要作用是固溶强化和抑制碳化物析出。由于Si元素会导致热轧钢卷的表面质量恶化，进而在一定程度上会影响镀锌的效果，故本发明中将Si元素的含量限制在1.2％以下。
Nb元素在中锰钢的热轧过程中具有细化带钢原奥氏体晶粒的作用，进而可通过细晶强化作用来提高带钢的强度。发明人通过大量研究最终选择限定Nb元素含量为0.02％以上。同时，Nb元素也是较强的碳化物形成元素，其易与逆转变奥氏体竞争C元素，从而导致C元素在奥氏体中的富集程度下降，故限定Nb元素的含量不超过0.06％。
需要说明的是，Cu、Ni、Cr、Mo、Ti和B元素均属于较昂贵的合金元素，根据本发明的发明目的，并考虑合金成本，需对Cu、Ni、Cr、Mo、Ti和B元素的含量加以限制。本发明所提供的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，不刻意添加上述元素，若其不可避免地以杂质状态存在，则限定其含量在如下范围：Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo 0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％。
P元素可适当提高带钢的强度，但也易由于晶界偏聚而恶化带钢的塑性，为了实现本发明目的，限定P元素含量不超过0.01％，并优选P元素含量为0.005％～0.01％。
S元素易与Mn元素结合形成粗大的MnS夹杂物，该MnS夹杂物将会恶化带钢的冲孔加工等成形性能。因此，发明人通过大量研究最终选择限定S含量的上限为0.005％。
N元素在中锰钢中属于有害的杂质元素。为了降低N元素对带钢综合性能的不利影响，本发明限定了N元素的含量在0.008％以下。
本发明所述的一个或多个技术实施方案，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明通过限定钢的特定化学成分及其含量，所得到的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织为细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体，这显著区别于现有技术中的冷轧中锰钢的细小等轴状铁素体和残余奥氏体。本发明所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织在单轴拉伸变形过程中呈现连续屈服，不会产生现有技术冷轧中锰钢所出现的屈服平台，从而具有良好的冲压性能。
(2)本发明所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的厚度为1.2～2.5mm，抗拉强度≥900MPa，断后延伸率(A50)≥30％，强塑积≥30GPa·％。这个厚度规格和力学性能与现有技术中普通冷轧中锰钢相当，甚至更优，可实现以热代冷，是一种附加值更高的中锰钢材料。
(3)本发明在限定钢的特定化学成分及其含量的基础上，对制备工艺进行了大量和深入的研究：采用特定的薄铸坯的连铸连轧技术，铸坯出炉直接进行热轧(粗轧和精轧)，省去了常规流程中的铸坯加热工序。更为重要的是，本发明所述铸坯的厚度为100～120mm，是现有技术中常规铸坯的厚度(230～240mm)的二分之一。此外，通过对铸坯进行热轧而无需冷轧即可生产所述厚度的薄规格中锰钢板，克服了现有技术中中锰钢难以进行冷轧处理的缺陷。
(4)本发明提供的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，采用了特定的工艺条件，即对经过酸洗的热轧基板进行预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理，然后直接镀锌，从而可显著改善所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的镀层粘附性和耐蚀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了依据本发明实施例的热轧钢卷的显微组织图。
图2示出了依据本发明实施例的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织图。
图3示出了依据本发明实施例的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的单轴拉伸应力-应变曲线图。
图4示出了依据本发明实施例的的单轴拉伸应力-应变曲线图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原钢、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
在本发明的一些实施例中，提供一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，其中，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo 0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明通过限定钢的特定化学成分及其含量，所得到的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织为细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体，这显著区别于现有技术中的冷轧中锰钢的细小等轴状铁素体和残余奥氏体。本发明所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织在单轴拉伸变形过程中呈现连续屈服，不会产生现有技术冷轧中锰钢所出现的屈服平台，从而具有良好的冲压性能。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.20～0.30％、Mn 4.0～5.0％、Al 0.9～1.2％、Si 0.42～0.6％、Nb 0.04～0.06％、P 0.005～0.01％、S 0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明通过进一步限定高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的特定化学成分含量，可以获得进一步更好的技术效果。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.27％、Mn 4.9％、Al 1.1％、Si0.4％、Nb 0.05％、P 0.008％、S 0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明通过筛选出最适宜的钢的特定化学成分含量，可以获得冲压性能更进一步提高的产品。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，铁素体为60～75％，残余奥氏体为25～40％。
发明人经研究发现，铁素体是中锰钢的基体组织，属于较软相，其在变形过程中承担大部分的应变，是保证中锰钢塑性的重要组成相。当中锰钢经连续退火时，其在两相区仅存在铁素体和逆转变奥氏体，因此通过调节中锰钢中铁素体的比例，可以在一定程度上调节两相区中逆转变奥氏体的含量及稳定性。因此，为了使本发明所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板可获得合适比例的残余奥氏体含量及稳定性，需将钢中铁素体的面积百分比控制在60～75％之间。其中，当铁素体的面积百分比小于60％时，则两相区中逆转变奥氏体的含量过高，且C、Mn元素的平均富集程度降低，易在随后的冷却过程中相变为马氏体。而当铁素体的面积百分比超过75％时，逆转变奥氏体的含量较低，会导致最终产品组织中的残余奥氏体含量不足，从而不利于改善中锰钢的塑性。
此外，残余奥氏体是保证中锰钢具有良好塑性的重要组成相。中锰钢能否获得最优的强塑性，关键在于残余奥氏体的面积百分比及稳定性调控是否合理。若最终产品的组织中残余奥氏体的面积百分比小于25％，则在拉伸变形时将没有足够的残余奥氏体发生TRIP效应，故所期望的延伸率也无法实现。但是，当残余奥氏体的面积百分比超过40％时，其稳定性将会由于C、Mn元素的富集量下降而显著降低，并易在随后的冷却过程以及拉伸变形的早期阶段转变为马氏体，从而无法提供持续的TRIP效应。因此，本发明人限定了残余奥氏体的面积百分比为25～40％。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体≥70％。
进一步而言，发明人经研究发现，由于高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中添加了较高含量的C、Mn元素，因而其淬透性较高。因此，即使具较高含量的C、Mn元素的热轧钢卷处于较低的冷却速率下，也会形成单一的板条马氏体或以板条马氏体为主的显微组织。而本发明人经过大量试验，采用了特定的制备工艺，即热轧基板在依次进行预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理后，无需经过冷轧而直接进行镀锌，如此两相区在退火时将以板条马氏体为基础而形成细长板条状形态的铁素体和残余奥氏体。这与现有技术中采用冷轧中锰钢在退火时形成的等轴状再结晶铁素体和奥氏体的技术方案显著不同。本发明得到的这种显微组织回复不完全，内部残留部分位错，因而在拉伸变形时易呈现连续屈服。因此，为了使中锰钢薄板在拉伸变形时不出现屈服平台，本发明选择了“高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体≥70％”。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中，抗拉强度≥900MPa，断后延伸率(A50)≥30％，强塑积≥30GPa·％，室温拉伸变形曲线无屈服平台。
在本发明的另一个方面，还提供了本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法，包括以下步骤：
对铁水进行冶炼，得到钢水；
对所述钢水进行薄板坯连铸，得到铸坯；
对所述铸坯进行粗轧、精轧和卷取，得到热轧钢卷；
对所述热轧钢卷进行开卷、酸洗，得到热轧基板；
对所述热轧基板依次进行预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理、镀锌、光整，后冷却至温度为18～31℃，得到所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板；
其中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al 0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo 0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N 0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.20～0.30％、Mn 4.0～5.0％、Al 0.9～1.2％、Si 0.42～0.6％、Nb 0.04～0.06％、P 0.005～0.01％、S 0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.27％、Mn 4.9％、Al 1.1％、Si 0.4％、Nb0.05％、P 0.008％、S 0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述粗轧的开轧温度为1100～1150℃；
所述精轧的开轧温度为1000～1050℃，所述精轧的终轧温度为820～920℃；
所述卷取的温度为450～600℃。
发明人为了更好的实现本发明目的，限定了所述精轧的终轧温度为820～920℃，以调控精轧终轧时的显微组织并获得良好的热轧钢卷的表面质量。其中，当精轧的终轧温度大于920℃时，热轧钢卷的组织晶粒粗大，易导致成品钢板的抗拉强度不足。另外，本发明限定了合金成分中包含较高含量的C、Mn，如果精轧的终轧温度低于820℃，则热轧钢卷的变形抗力过大，从而会增大热轧机的轧制负荷，并出现钢板边部开裂的风险。此外，控制卷取温度有利于得到期望的热轧钢卷的显微组织。其中，当卷取温度大于600℃时，会使得热轧钢卷的组织中出现等轴状的铁素体，不利于退火镀锌过程中逆转变奥氏体的形成。而当卷取温度小于450℃时，热轧钢卷变形抗力增大，将导致卷取机的负荷增大而影响卷取质量。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述粗轧的开轧温度为1110～1130℃；
所述精轧的开轧温度为1010～1030℃，所述精轧的终轧温度为850～890℃；
卷取温度为460～520℃。
为了更进一步地增强本发明所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的有益效果，本发明人选择采用所述粗轧的开轧温度为1110～1130℃，所述精轧的开轧温度为1010～1030℃，所述精轧的终轧温度为850～890℃，卷取温度为460～520℃。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述粗轧的开轧温度为1120℃；
所述精轧的开轧温度为1010℃，所述精轧的终轧温度为860℃；
卷取温度为480℃。
更进一步地，本发明人最终选择采用所述粗轧的开轧温度为1120℃；所述精轧的开轧温度为1010℃，所述精轧的终轧温度为860℃；卷取温度为480℃。，从而使得所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板具有最佳综合性能。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述预热处理，包括：将所述热轧基板从温度为18～31℃加热至温度为210～230℃；
所述第一加热处理，包括：将经过所述预热处理的热轧基板以3～4℃/s的加热速率从温度为210～230℃加热至温度为640～660℃；
所述预氧化处理包括：将经过所述第一加热处理的热轧基板在温度为640～660℃下保温10～20s；
所述第二加热处理包括：将经过所述预氧化处理的热轧基板以0.2～0.5℃/s的加热速率从温度为640～660℃加热至温度为700～750℃；
所述均热处理包括：将经过所述第二加热处理的热轧基板在温度为700～750℃下保温90～200s。
发明人经过大量筛选试验发现，根据所限定的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中的合金成分构成，如限定预氧化处理中的工艺参数为：将经过所述第一加热处理的热轧基板在温度为640～660℃下保温10～20s，从而可得到较好的氧化层的厚度及致密性。
此外，发明人经过大量筛选试验发现，根据所限定的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板中的合金成分构成，若均热处理的温度低于700℃，则两相区中逆转变奥氏体的面积百分比较低，这将导致最终成品的残余奥氏体含量不足，从而会导致钢板的强塑性能下降。若均热处理的温度大于750℃，则两相区中逆转变奥氏体的面积百分比过高，造成内部C、Mn元素的平均富集程度较低，加之晶粒尺寸会明显增大，从而将导致残余奥氏体的稳定性不足，在冷却过程中或在拉伸变形的早期阶段发生相变，无法提供积极的TRIP效应。若均热处理的保温时间小于90s，则C、Mn元素由铁素体向残余奥氏体的扩散不充分，会造成奥氏体的稳定性不足。若均热处理的保温时间超过200s，则逆转变奥氏体的晶粒会长大、粗化，也会导致钢材的稳定性降低。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述缓冷处理，包括：将经过所述均热处理的热轧基板以1～3℃/s的冷却速率从温度为700～750℃冷却至温度为680～700℃；
所述快冷处理，包括：将经过所述缓冷处理的热轧基板以15～30℃/s的冷却速率从温度为680～700℃冷却至温度为450～470℃；
所述镀锌，包括：锌锅中的锌液温度为450～470℃。
本发明人为了更好地实现发明目的，对缓冷和快冷参数以及锌锅温度做出了限定，以更好地调整带钢微观组织特征。其中，以1～3℃/s的冷速缓慢冷却，有利于C、Mn元素的进一步配分；以15～30℃/s的冷速快速冷却至镀锌温度，有利于防止逆转变奥氏体在高温区停留时间过长而出现分解；锌锅温度设定为450～470℃时，锌液的流动性及其与钢板表面的结合性最好。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述预氧化处理的过程中，气氛为包括氮气和空气的混合气体；
所述混合气体中，氧含量为2000～10000ppm；
所述均热处理的过程中，露点为-40～-60℃，均热炉内氢气的百分比含量为5～10％。
本发明的一些实施例中，控制预氧化处理过程中的氧含量是为了得到较好的氧化层性能。其中，如果氧含量过低，则无法形成致密的氧化层。如果氧含量过高，则又会造成选择性氧化效果差，导致在后续高温还原过程中的还原反应不彻底，从而影响锌层粘附能力。因此，发明人限定了在所述预氧化处理的过程中，气氛为包括氮气和空气的混合气体；所述混合气体中，氧含量为2000～10000ppm。
在本发明的一些实施例中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述光整的过程，光整延伸率为0.2～0.6％。
本发明人为了更好地实现发明目的，对光整延伸率的限定范围进行了大量试验，以更好地调整带钢的屈服特性并获得良好的表面粗糙度和板形质量。其中，如果光整延伸率低于0.2％，则钢板表面的粗糙度和板形质量无法保证。如果光整延伸率大于0.6％，则导致钢板的屈服强度超标。
在本发明的一些实施例中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述铸坯的厚度为100～120mm；
所述热轧钢卷的厚度为1.2～2.5mm。
本发明提供的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板钢板的合金成分中包含较高含量的C和Mn元素，这将导致热轧钢卷的硬度较大，故当热轧钢卷的厚度小于1.2mm时，易出现边裂现象；当热轧钢卷的厚度大于2.5mm，则会不利于保持适当的连续热镀锌过程中的加热速率，从而将影响退火过程中的显微组织的转变。
在本发明的一些实施方案中，本发明所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法中，所述光整的过程，光整延伸率为0.2～0.6％。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板及其制备方法进行详细说明。
实施例
以下实施例1～8采用本发明所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法来制备高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，包括：
一、对铁水进行冶炼，得到钢水；
二、对所述钢水进行薄板坯连铸，得到厚度为100～120mm的铸坯；
其中，按质量百分比计，所述铸坯包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al 0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo 0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N 0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质，所述铸坯的化学成分如表1所示。
三、对所述铸坯进行粗轧、精轧和卷取，得到厚度为1.2～2.5mm的热轧钢卷；
其中，粗轧的开轧温度为1100～1150℃；所述精轧的开轧温度为1000～1050℃，所述精轧的终轧温度为820～920℃；所述卷取的温度为450～600℃。
四、对所述热轧钢卷进行开卷、酸洗，得到热轧基板；
五、对所述热轧基板依次进行预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理、镀锌、光整，后冷却至温度为18～31℃，得到所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板；
其中，所述预热处理，包括：将所述热轧基板从温度为18～31℃加热至温度为210～230℃；
所述第一加热处理，包括：将经过所述预热处理的热轧基板以3～4℃/s的加热速率从温度为210～230℃加热至温度为640～660℃；
所述预氧化处理包括：将经过所述第一加热处理的热轧基板在温度为640～660℃下保温10～20s；
所述第二加热处理包括：将经过所述预氧化处理的热轧基板以0.2～0.5℃/s的加热速率从温度为640～660℃加热至温度为700～750℃；
所述均热处理包括：将经过所述第二加热处理的热轧基板在温度为700～750℃下保温90～200s；
所述缓冷处理，包括：将经过所述均热处理的热轧基板以1～3℃/s的冷却速率从温度为700～750℃冷却至温度为680～700℃；
所述快冷处理，包括：将经过所述缓冷处理的热轧基板以15～30℃/s的冷却速率从温度为680～700℃冷却至温度为450～470℃；
所述镀锌，包括：锌锅中的锌液温度为450～470℃；
所述预氧化处理的过程中，气氛为包括氮气和空气的混合气体；
所述混合气体中，氧含量为2000～10000ppm；
所述均热处理的过程中，露点为-40～-60℃，均热炉内氢气的百分比含量为5～10％；
所述光整的过程，光整延伸率为0.2～0.6％。
上述具体工艺参数见表2和表3。
表1：本发明实施例1～8中铸坯包含的化学成分(％)
组别 C Mn Al Si Nb P S
实施例1 0.25 3.5 1.3 0.6 0.06 0.008 0.004
实施例2 0.30 4.0 1.2 0.2 0.05 0.009 0.005
实施例3 0.35 2.8 0.8 1.2 0.04 0.009 0.005
实施例4 0.20 4.5 0.9 0.4 0.03 0.008 0.005
实施例5 0.15 5.0 1.5 0.5 0.03 0.007 0.004
实施例6 0.27 4.9 1.1 0.4 0.05 0.008 0.003
实施例7 0.19 5.4 1.4 0.7 0.02 0.005 0.001
实施例8 0.31 5.5 1.6 0 0.05 0.01 0.005
表2：本发明实施例1～8的轧制工艺参数
Figure BDA0003021291060000181
表3：本发明实施例1～8的退火镀锌工艺参数
Figure BDA0003021291060000182
图1示出了依据本发明实施例4的热轧钢卷的显微组织图，表明热轧组织为单一的板条马氏体。
图2示出了依据本发明实施例4的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织图，表明本发明钢板显微组织以板条状的铁素体和残余奥氏体为主，与传统冷轧中锰钢等轴状的组织特征明显不同。
图3示出了依据本发明实施例4的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的单轴拉伸应力-应变曲线图，表明本发明钢板单轴拉伸曲线无屈服平台，且强塑性好。
图4示出了对比例6的单轴拉伸应力-应变曲线图，表明现有技术制备的冷轧中锰钢的应力-应变曲线存在较长的屈服平台。
对比例
以下对比例1～6中，制备中锰钢薄板的工艺参数如表4～6所示：
表4：对比例1～6中钢坯包含的化学成分(％)
组别 C Mn Al Si Nb P S
对比例1 0.10 4.0 1.2 0.2 0.05 0.007 0.0005
对比例2 0.18 <u>2.5</u> 0.8 0.02 0.03 0.008 0.0006
对比例3 0.25 3.5 1.0 0.6 0.04 0.008 0.0005
对比例4 0.20 5.0 1.5 0.02 0.03 0.007 0.0008
对比例5 0.23 4.9 1.4 0.04 0.03 0.008 0.0006
对比例6 0.21 5.0 1.5 0 0.04 0.009 0.0005
表5：对比例1～6的轧制工艺参数
Figure BDA0003021291060000191
Figure BDA0003021291060000201
表6：对比例1～6的退火镀锌工艺参数
Figure BDA0003021291060000202
性能测试
对本发明对比例1～8以及对比例1～6得到的中锰钢薄板进行性能测试：准备用于微观组织观察的试样，用体积比为4％的硝酸酒精溶液腐蚀，在金相显微镜下观察并获取图像。铁素体呈亮白色，马氏体和残余奥氏体呈灰黑色，以此求出铁素体的面积率。将组织观测试样进行电解抛光。电解液为高氯酸、蒸馏水和酒精体积比为1：2：13的高氯酸酒精溶液。利用电子背散射衍射(EBSD)测定残余奥氏体的面积率，然后以整体100％面积减去铁素体和残余奥氏体的面积率，可得马氏体的面积率。
性能检测项目：利用ZWICK/Roell Z100拉伸试验机，按照GB/T228.1-2010标准进行检测屈服强度、抗拉强度和断后延伸率。所得结果见表7：
表7：本发明对比例1～8以及对比例1～6得到的中锰钢薄板进行性能测试结果
Figure BDA0003021291060000211
结合图1～4、表7可以看出，相对于对比例和现有技术，本发明在限定钢的特定化学成分及其含量的基础上，对制备工艺进行了大量和深入的筛选：采用特定的粗轧、精轧和卷取工艺，并采用特定的预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理、镀锌、光整工艺，从而使得所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板至少具有以下技术效果：
(1)本发明所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的厚度为1.2～2.5mm，抗拉强度≥900MPa，断后延伸率(A50)≥30％，强塑积≥30GPa·％。这个厚度规格和力学性能与现有技术中普通冷轧中锰钢相当，甚至更优，可实现以热代冷，是一种附加值更高的中锰钢材料，可显著改善所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的镀层粘附性和耐蚀性。
(2)本发明所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织为细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体，这显著区别于现有技术中的冷轧中锰钢的细小等轴状铁素体和残余奥氏体。本发明所获得的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的显微组织在单轴拉伸变形过程中呈现连续屈服，不会产生现有技术冷轧中锰钢所出现的屈服平台，从而具有良好的冲压性能。
(3)本发明所述铸坯的厚度为100～120mm，是现有技术中常规铸坯的厚度(230～240mm)的二分之一。此外，通过对铸坯进行热轧而无需冷轧即可生产所述厚度的薄规格中锰钢板，克服了现有技术中中锰钢难以进行冷轧处理的缺陷。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选对比例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些对比例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选对比例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，其特征在于，按质量百分比计，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板包含：C 0.15～0.35％、Mn 2.8～5.5％、Al 0.8～1.6％、Si 0～1.2％、Nb 0.02～0.06％、Cu 0～0.01％、Ni 0～0.01％、Cr 0～0.005％、Mo 0～0.005％、Ti 0～0.002％、B 0～0.0005％、P 0～0.01％、S 0～0.005％、N 0～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，铁素体为60～75％，残余奥氏体为25～40％，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的厚度为1.2～2.5mm，抗拉强度≥900MPa，断后延伸率A50≥30％，强塑积≥30GPa·％，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的制备方法，包括以下步骤：
对铁水进行冶炼，得到钢水；
对所述钢水进行薄板坯连铸，得到铸坯；
对所述铸坯进行粗轧、精轧和卷取，得到热轧钢卷；
对所述热轧钢卷进行开卷、酸洗，得到热轧基板；
对所述热轧基板进行预热处理、第一加热处理、预氧化处理、第二加热处理、均热处理、缓冷处理、快冷处理、镀锌、光整，后冷却至温度为18～31℃，得到所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，所述铸坯的厚度为100～120mm；所述热轧钢卷的厚度为1.2～2.5mm；
所述粗轧的开轧温度为1100～1150℃；所述精轧的开轧温度为1000～1050℃，所述精轧的终轧温度为820～920℃；所述卷取的温度为450～600℃；
所述预热处理，包括：将所述热轧基板从温度为18～31℃加热至温度为210～230℃；
所述第一加热处理，包括：将经过所述预热处理的热轧基板以3～4℃/s的加热速率从温度为210～230℃加热至温度为640～660℃；
所述预氧化处理包括：将经过所述第一加热处理的热轧基板在温度为640～660℃下保温10～20s；
所述第二加热处理包括：将经过所述预氧化处理的热轧基板以0.2～0.5℃/s的加热速率从温度为640～660℃加热至温度为700～750℃；
所述均热处理包括：将经过所述第二加热处理的热轧基板在温度为700～750℃下保温90～200s；
所述缓冷处理，包括：将经过所述均热处理的热轧基板以1～3℃/s的冷却速率从温度为700～750℃冷却至温度为680～700℃；
所述快冷处理，包括：将经过所述缓冷处理的热轧基板以15～30℃/s的冷却速率从温度为680～700℃冷却至温度为450～470℃；
所述预氧化处理的过程中，气氛为包括氮气和空气的混合气体；
所述混合气体中，氧含量为2000～10000ppm；
所述均热处理的过程中，露点为-40～-60℃，均热炉内氢气的百分比含量为5～10％。
2.根据权利要求1所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，其特征在于，所述高强塑性热基镀锌中锰钢薄板的微观组织中，按面积百分比计，细长板条状形态的铁素体+残余奥氏体≥70％。
3.根据权利要求1所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，其特征在于，
所述镀锌工艺中锌锅中的锌液温度为450～470℃。
4.根据权利要求1所述的高强塑性热基镀锌中锰钢薄板，其特征在于，所述光整的过程中，光整延伸率为0.2～0.6％。
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