一种980MPa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法与流程

一种980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法
技术领域
1.本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法。


背景技术：

2.钢铁是汽车制造的主导材料，汽车用高强度钢的发展随着汽车轻量化的要求而得到快速推进，高强度钢板在汽车上的应用比例逐年增加。汽车先进高强钢的研发经历了三个阶段，第一代汽车钢(如dp钢、cp钢、trip钢等)的强塑积一般为15gpa
·
％的水平，难以适合未来汽车的轻量化和安全性需求。第二代汽车钢(如twip钢、奥氏体钢)塑性较高，强塑积达到了较高的50gpa
·
％的水平；但由于合金含量高，其生产工艺要求复杂，钢的合金成本较高。以中锰钢为代表的第三代汽车钢为例，巧妙结合了前两代汽车钢的优点，高于第一代钢的性能优势及低于第二代钢的成本优势而备受青睐。中锰钢的主要特点是低碳中合金，锰质量分数在3％～12％之间，由于合金元素含量较低，因而成本远低于第二代先进高强钢；由于中锰钢中亚稳奥氏体的trip效应，抗拉强度可达到750～2200mpa，总延伸率范围在15％～85％，强塑积可达15～70gpa
·
％，性能远超第一代先进高强钢，因而中锰钢的适用范围比一般超高强钢更为广泛，其应用前景包括汽车a柱、b柱、防撞梁和门槛加强件等众多车身结构件，市场前景更好，未来市场的需求量很大。
3.现有技术中，如公开号cn106086640a的专利提供了一种超高强度塑性积的冷轧中锰钢及其制备方法，其较高的c含量，容易导致焊接性能不稳定，容易出现裂纹；此外，较高的al含量也会导致保护渣粘度上升，容易造成连铸水口堵塞和钢坯表面质量恶化。公开号cn 108330402a的专利公开了一种nb-mo合金高强高塑性冷轧中锰钢及其制备方法，该技术工艺较为复杂，目前无法进行工业化生产；此外，该专利的化学成分中添加较高含量的nb元素，增加了生产成本。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的成分设计以超低c、低si和适量mn元素为基础，利用mn元素良好的淬透性保证热轧室温组织为全马氏体，经酸轧后的冷硬板经两相区退火获得逆转变奥氏体，从而获得强塑性能良好的冷轧中锰钢。经过该方法生产的中锰钢兼具良好的强塑性能和焊接性能，可形成复杂的安全零部件以满足汽车轻量化的需求。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，所述980mpa级超低碳冷轧中锰钢的化学成分质量百分比为c：0.035％～0.045％、si：0.20％～0.30％、mn：5.5％～6.5％、cr：0.4％～0.6％、ni：0.3％～0.4％、mo：0.2％～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。
6.本发明成分设计理由：
7.c是钢铁材料中常见的强化元素，可以起到显著的固溶强化和析出强化作用。对于
高强塑性能的先进高强钢而言，碳元素还是稳定奥氏体的重要因素。但是由于中锰钢中添加了大量锰及其他合金元素，如果添加大量的c元素将会直接影响钢坯连铸质量和最终产品的焊接性能。为了实现本发明目的，发明人经过大量文献调研和热力学计算，将c元素含量限定在0.035％～0.045％较为适宜。
8.si是稳定铁素体主要的元素，有一定的固溶强化作用，可以提高钢的弹性极限。对于中锰钢而言，si还可以有效抑制碳化物的析出，加快碳元素向逆转变奥氏体扩散，从而提高奥氏体的稳定性。但是过高含量的si元素会恶化钢的塑性和钢材表面质量，其适宜范围是0.20％～0.3％。
9.mn是中锰钢最重要的合金元素，可以有效提高钢材的淬透性，使钢板在较宽的冷却速率范围内获得全马氏体组织，并在随后的临界退火过程中形成逆转变奥氏体。为了实现本发明的强塑性能，将mn元素含量限定在5.5％～6.5％较为适宜。
10.cr可以增加钢的淬透性并有二次硬化作用，显著提高钢的韧脆转变温度，改善组织均匀性，本发明认为cr含量控制在0.4％～0.6％为宜。
11.ni可以提高钢的淬透性，在提高钢的强度的同时而不显著降低韧性，此外还可以钢的加工性能和焊接性能，本发明认为其含量控制在0.4％～0.6％为宜。
12.mo可以提高钢的淬透性和热强性，同时对铁素体也有一定的固溶强化的作用。对于中锰钢而言，钼在回火过程中元素可以防止马氏体的回火脆性，改善低温冲击韧性。为了保证本发明中锰钢的力学性能，本发明认为mo含量控制在0.02％～0.03％为宜。
13.一种上述的980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，所述方法包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、罩退、酸轧、连续退火等工序过程。
14.一种上述的980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，进一步的，所述冶炼过程中钢包n≤40ppm，待脱s结束后进行合金化，铁加入后软吹氩15～20min，严格避免钢液裸露；合金化具体顺序为si-mn-gr-ni-mo，al随造渣过程加入。
15.上述技术方案中，进一步的，所述连铸工艺采用独立浇次，开浇前采用氩气吹扫中包，在浇注过程中无钢液裸露，严格控制水口吸n，控制增n≤5ppm，连铸过热度控制目标不大于25℃。
16.上述技术方案中，进一步的，所述热轧工序中，连铸坯经清理后装炉，加热蓄热式加热炉至1250～1270℃，保温时间为3～4h，出炉温度为1230～1250℃；粗轧机组开轧温度1120～1140℃；精轧入口温度≧980℃，精轧出口温度为860～920℃；带钢出精轧机组后开启层流水冷却至650-550℃，随后进行卷取。
17.上述技术方案中，进一步的，所述罩退工序中，在630～670℃保温1～4h。
18.上述技术方案中，进一步的，所述酸轧工艺中带钢运行速度100-130m/min，hcl酸洗温度为75-85℃，冷轧压下率控制在60～70％。
19.上述技术方案中，进一步的，所述连续退火的工艺参数如下，加热段(℃)：750
±
10；均热段(℃)：750
±
10；缓冷段(℃)：650
±
5；快冷段(℃)：310
±
10；过时效段(℃)：280
±
5；其中带钢运行速度：85
±
5m/min；开启边部保温功能，保证带钢横向温度差异小于2℃。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果：
21.①
本发明成分以超低c、低si和适量mn元素为基础，主要利用mn元素良好的淬透性保证热轧室温组织为全马氏体，经两相区退火获得逆转变奥氏体，从而获得强塑性能良好
的冷轧中锰钢。
22.②
本发明的连铸工艺方案有效改善了铸坯质量，从而提高最终产品性能。
23.③
本发明大压下轧制、均匀加速冷却的制造方法有效细化了钢板晶粒。
24.④
本发明所述980mpa级超低碳冷轧中锰钢钢板的厚度≧1.0mm，纵向屈服强度可达到690-750mpa，抗拉强度达到≧980mpa，横纵向延伸率a≧20％。本发明超低碳冷轧中锰钢的成分设计合理，工艺简单，可以在工业设备上进行批量生产，与现有技术相比，生产成本可降低15％左右。
附图说明
25.图1为实施例制备的中锰钢的工程应力-应变曲线；
26.图2为实施例制备的中锰钢的显微组织。
具体实施方式
27.以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中的原材料若无特别说明则均为市购，质量等级均为工业级别；所用方法若无特别说明则均为常规方法。
28.本发明实施方式如下：表1为实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢化学成分；表2为相应实施例的连铸工艺；表3为相应实施例的板坯加热工艺；表4为相应实施例的热轧轧制工艺；表5为相应实施例的罩退工艺；表6为相应实施例的连退机组运行速度矩阵；表7为相应实施例产品的力学性能。
29.实施例制备的中锰钢的工程应力-应变曲线如图1所示；实施例制备的中锰钢的显微组织如图2所示。
30.表1实施例中980mpa级超低碳冷轧中锰钢化学成分wt％
31.实施例csimnpscrnimoals10.0380.235.680.0060.0020.460.560.0210.02520.0410.245.790.0060.0010.520.520.0220.03630.0400.236.120.0040.0010.500.530.0240.02640.0450.266.060.0050.0030.480.480.0300.03350.0420.265.830.0060.0010.510.570.0230.02760.0390.245.550.0050.0020.530.530.0290.034
32.上述980mpa级超低碳冷轧中锰钢的化学成分(wt％)满足要求c：0.035％～0.045％、si：0.20％～0.30％、mn：5.5％～6.5％、cr：0.4％～0.6％、ni：0.3％～0.4％、mo：0.2％～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。
33.实施例
34.一种980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，所述方法包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、罩退、酸轧、连续退火；具体工艺参数如下：
35.表2实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢的连铸工艺
36.实施例吹氩镇静时间，min浇注过热度，℃拉坯速度，m/min115200.8
213190.7315181.0418180.7516150.7613210.7
37.表3实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢的板坯加热工艺
[0038][0039][0040]
表4实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢的热轧工艺
[0041][0042]
表5本发明实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢的退火工艺
[0043][0044]
表6实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢的连退机组运行速度矩阵
[0045][0046]
表7本发明实施例980mpa级超低碳冷轧中锰钢的力学性能
[0047][0048]
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，其特征在于，所述980mpa级超低碳冷轧中锰钢的化学成分质量百分比为c：0.035％～0.045％、si：0.20％～0.30％、mn：5.5％～6.5％、cr：0.4％～0.6％、ni：0.3％～0.4％、mo：0.2％～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的980mpa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，其特征在于，所述方法包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、罩退、酸轧、连续退火。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼过程中钢包n≤40ppm，待脱s结束后进行合金化，铁加入后软吹氩15～20min；合金化具体顺序为si-mn-gr-ni-mo，al随造渣过程加入。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连铸工艺采用独立浇次，开浇前采用氩气吹扫中包，在浇注过程中无钢液裸露，控制水口吸n，控制增n≤5ppm，连铸过热度控制不大于25℃。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热轧工序中，连铸坯经清理后装炉，加热蓄热式加热炉至1250～1270℃，保温时间为3～4h，出炉温度为1230～1250℃；粗轧机组开轧温度1120～1140℃；精轧入口温度≧980℃，精轧出口温度为860～920℃；带钢出精轧机组后开启层流水冷却至650-550℃，随后进行卷取。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述罩退工序中，在630～670℃保温1～4h。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸轧工艺中带钢运行速度100-130m/min，hcl酸洗温度为75～85℃，冷轧压下率控制在60～70％。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述连续退火的工艺参数如下，加热段：750
±
10℃；均热段：750
±
10℃；缓冷段：650
±
5℃；快冷段：310
±
10℃；过时效段：280
±
5℃；带钢运行速度：85
±
5m/min；开启边部保温功能，保证带钢横向温度差异小于2℃。

技术总结
本发明公开了一种980MPa级超低碳冷轧中锰钢的生产方法，为了保证良好的焊接性能，成分设计以超低C、低Si和适量Mn元素为基础，利用Mn元素良好的淬透性保证热轧室温组织为全马氏体，经酸轧后的冷硬板经两相区退火获得逆转变奥氏体，从而获得强塑性能良好的冷轧中锰钢；连铸工艺方案有效改善了铸坯质量；大压下轧制、均匀加速冷却有效细化了钢板晶粒；通过酸轧前罩退软化+酸轧后退火的工艺方案，在现有工业生产线就可以生产出高强度高塑性冷轧中锰钢钢板，其抗拉强度≧980MPa，横纵向延伸率A≧20％，可形成复杂安全零部件以满足汽车轻量化的需求，工艺简单，可批量化生产，与现有技术相比，生产成本降低15％左右。生产成本降低15％左右。生产成本降低15％左右。


技术研发人员：于帅 付东贺 闵铜 王超 马廷跃 赵志伟
受保护的技术使用者：本钢板材股份有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/5