一种高塑性合金化热镀锌Q&P980钢及其制备方法与流程

一种高塑性合金化热镀锌q＆p980钢及其制备方法
技术领域
1.本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢及其制备方法。


背景技术：

2.随着全球能源危机和环境恶化的日益加剧，安全、节能和环保已成为汽车制造业的发展潮流。兼具高强度和良好塑性韧性的新型汽车用先进高强钢(ahss)能够有效实现零件厚度减薄，从而实现汽车减重及节能降耗，受到了钢铁界和汽车界的广泛青睐。然而，随着人们对汽车轻量化和安全性需求的不断提高，商业化冷轧高强钢有限的强塑性能很难满足复杂零部件成形及碰撞的要求，而强塑性能优异的中锰钢等第三代钢种在现有工业产线下面临一系列工艺瓶颈问题，因此开发低成本、高性能以及工业友好的新型先进冷轧高强钢成为钢铁和汽车行业的迫切需求。目前，先进高强钢经历了三个阶段的发展，典型钢种有双相钢(dual phase,dp)、相变诱导塑性钢(transformation induced plasticity,trip)、淬火配分钢(quenching andpartitioning,q&p)等。针对980mpa级别高强钢，dp钢的延伸率较低约为12％，trip钢延伸率较好，但合金含量较高，增加了生产成本及焊接难度，q&p钢具有较好的成分合金设计和强塑性匹配，其延伸率约为20％，但对于一些复杂零件的冲压成型仍具有难度。因此，亟需开发出一种更高塑性的新型q&p钢来应用于较为复杂的车身结构件。
3.公开号为cn104278194a的中国申请专利申请公开了一种高强塑性的冷轧q&p钢板及其制备方法，其化学成分中c含量为0.25～0.35wt％，si含量0.8～1.2wt％，al含量0.5～1.0wt％，b含量0.001～0.002wt％。热轧工艺卷取温度为600～650℃，过时效段淬火温度为250～280℃，配分温度为350～400℃。热处理后所得钢板抗拉强度大于980mpa，延伸率约20％，但该申请未涉及热镀锌合金化产品。
4.在已公开的高扩孔、高强塑积汽车用钢专利申请中，公开号为cn109576579a的中国申请专利申请公开了一种具有高扩孔率和较高延伸率的980mpa级冷轧钢板及其制造方法，其主要成分的重量百分比为：c：0.08～0.12％、si：0.1～1.0％、mn：1.9～2.6％、al：0.01～0.05％、cr：0.1～0.55，mo：0.1～0.5％、ti：0.0～0.1％，余量为fe和不可避免的杂质。但其采用的是一步过时效工艺，实验钢塑性较低，仅大于11％。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种抗拉强度980mpa以上，屈服强度650～850mpa，延伸率≥30％，扩孔率≥35％的高塑性合金化热镀锌q&p980钢及其制备方法。
6.本发明目的是这样实现的：
7.一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，该钢的成分按重量百分比计如下：c：0.20％～0.24％，si：0.6％～1.8％，al：0.015％～0.8％，mn：1.9％～2.5％，cr≤0.5％，mo≤
0.3％，p≤0.05％，s≤0.01％，nb：0～0.04％，ti：0～0.05％，余量为fe和不可避免的杂质。
8.所述合金化热镀锌q&p980钢的显微组织包括铁素体、贝氏体、残余奥氏体、回火马氏体和新鲜马氏体，其中各项显微组织按体积百分比计如下：铁素体10％～40％，贝氏体＞10％，残余奥氏体12％～25％，回火马氏体含量10％～50％，新鲜马氏体小于20％且平均尺寸小于2μm。
9.优选，铁素体分为临界区再结晶铁素体、高位错密度铁素体和外延铁素体；所述临界区再结晶铁素体呈块状，平均尺寸3-5μm；所述高位错密度铁素体呈细条状，平均长度小于3μm，平均宽度小于0.5μm，所述外延铁素体呈块状，平均尺寸1-3μm。
10.优选，贝氏体含量与新鲜马氏体体积含量比值＞2，贝氏体与铁素体的硬度比＜2，贝氏体与新鲜马氏体的硬度比＞0.7。
11.所述合金化热镀锌q&p980钢抗拉强度980mpa以上，屈服强度650～850mpa，延伸率≥30％，扩孔率≥35％。
12.所述合金化热镀锌q&p980钢的锌层重量为60～200g/cm2，锌层中铁含量为7％～13％，锌层中铁含量为质量百分含量。
13.本发明成分设计理由如下：
14.c：c元素是低碳钢传统、经济的强化元素，是稳定奥氏体的主要元素。在淬火等温无碳贝氏体生成过程中，c元素向奥氏体中扩散，使得奥氏体更稳定，残余奥氏体含量增加，提高钢的延展性。c元素含量过低会降低制备的钢的强度，同时由于不能稳定足够量的残余奥氏体而导致延伸率下降；但是，c元素含量过高会给冶炼和焊接带来困难。因此，本技术将c元素含量控制在0.22％左右，最优范围为0.20～0.24％。
15.si：si本身有促进铁素体形成，强化铁素体基体的作用。在本发明中si主要起到在过时效阶段抑制渗碳体析出的作用，此外，si还起到固溶强化的作用。然而添加过多的si会降低钢的表面质量。因此，本发明中将si元素的含量控制为0.6％～1.8％。
16.mn：mn元素为低合金钢的基本组成元素，是奥氏体稳定化元素。mn元素能显著提高钢的淬透性，并起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，能够显著推迟珠光体和贝氏体转变。mn元素含量提高会增加生成成本，同时使冶炼变得困难。因此，本技术将mn元素含量控制在1.9～2.5％。
17.ti：ti在可以捕捉钢中游离的n原子，起到固n的作用。同时tin可在凝固过程中析出，起到钉扎晶界的作用，ti(c,n)在热轧阶段析出钉扎原奥氏体晶界，起到细化原奥氏体晶粒的作用。同时少量ti在连续退火阶段析出，起到强化铁素体、贝氏体的作用，但是过多的ti析出会占据残余奥氏体保留所需的c原子，并且增加冶炼成本。因此，本发明中将ti元素含量控制为0～0.05％。
18.nb：nb对细化晶粒、相变行为、奥氏体中c富集和马氏体形核发挥显著作用。nb与c和n结合形成细小的碳氮化物，阻止晶粒长大，起到明显强化效果。因此，本技术将nb元素含量控制在0～0.04％。
19.al：al在传统工艺中是炼钢过程中的脱氧剂，同时，al还可以和钢中的n结合形成aln化合物，并细化晶粒。但在本发明中加入较多的al的主要目的为加快冷却过程中奥氏体向铁素体的转变动力学，同时代替部分si元素抑制渗碳体的析出。过高的al含量容易造成连铸过程中水口堵塞，影响生产效率。因此，本发明中将al元素含量的范围控制在0.015～
0.8％。
20.p：p元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将p元素含量控制在p≤0.05％。
21.s：s元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将s元素含量控制在s≤0.01％。
22.本发明技术方案之二是提供一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢的制备方法，包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退镀锌、光整；
23.冶炼：通过电炉进行冶炼，得到上述范围内的合金成分。
24.热轧：加热温度在1210～1300℃之间，保证ti原子析出行为，对钢板起到良好的固n效果，以及保证ti(c，n)的析出，起到钉扎原奥氏体晶界，细化原奥氏体晶粒的作用。开轧温度在1080～1180℃之间，终轧温度在900℃以上，保证再结晶区的轧制温度，促进原奥氏体晶粒在热轧阶段的动态再结晶行为，细化晶粒。卷取温度在660～700℃之间，防止卷取温度过低加大冷轧难度。热轧卷厚度在2.8～4.0mm之间。
25.酸洗：去除热轧表面所生成的氧化铁皮，保证冷轧钢板表面质量。
26.冷轧：冷轧压下率为10％～35％，保证冷轧40％以下轧制压下量，减少冷轧组态中的组织纤维化，促进一次退火组织均匀。
27.连退镀锌：
28.①
预淬火：加热温度在a3～(a3+10)之间，等温时间在5～20s，且700℃以上的平均加热速率＞5℃/s，然后快速冷却至室温，优选，冷却后得到全马氏体组织，平均晶粒尺寸小于5μm；
29.②
二次退火：对步骤
①
得到的钢带进行再次加热，平均加热速率＞2℃/s，等温温度800～880℃，等温时间80～160s，缓冷温度700～750℃，缓冷冷速控制在0.5～5℃/s；
30.③
合金化热镀锌：缓冷后以大于30℃/s的冷速冷却至250～400℃，随后以1～10℃/s的加热速度升温至450-470℃等温约25～35s，然后浸入锌锅1～3s，随后升温至480～550℃等温20～30s进行合金化，随后以小于2℃/s的冷速降至室温，相对低的加热和冷却速率有利于贝氏体相变持续发生和碳原子的进一步向奥氏体中扩散，有利于残余奥氏体保留和钢板塑性；优选，控制炉内气氛为5％～15％h2，其余为n2，露点温度控制在-20～-10℃之间。
31.④
光整：钢板进入光整机进行板形调整，光整延伸率控制在0.1％～0.4％；
32.其机理在于：本发明针对上述合金设计，摒弃传统q&p工艺的热处理路线，采用预淬火获得高位错密度的初始马氏体组织，并且通过控制加热速率和退火温度有效控制初始马氏体晶粒尺寸小于5μm，在后续的退火阶段，马氏体基体上形成的原奥氏体均匀细小，部分奥氏体呈条状，能够加速碳富集，铁素体细小均匀弥散分布。在接下来的淬火配分阶段，原奥氏体形成细小均匀的回火马氏体，马氏体板条间和晶界处保留大量的条状和块状奥氏体，进而使得钢中最终组织均匀细小，并促进了残余奥氏体保留。同时，组织中的铁素体呈现多样性，包含高位错密度铁素体、外延铁素体和少量再结晶铁素体，高位错密度铁素体和外延铁素体内部都含有较高的合金元素，起到固溶强化的效果，有效减小了组织各相的硬度差，增加了组织变形协调能力。
33.最终组织构成：铁素体(10～40％)+新鲜马氏体(＜20％)+回火马氏体(10～50％)
+贝氏体(＞10％)+残余奥氏体(10～20％)。细小均匀的组织、更多的残余奥氏体和多样性的铁素体为实验钢提供了高塑性和较好的扩孔性能。通过上述方法可以得到一种高塑性、高扩孔性能的合金化热镀锌钢板，其抗拉强度980mpa以上，屈服强度650～850mpa，延伸率30％以上，扩孔值35％以上。
34.本发明有益效果在于：
35.(1)本发明的钢材化学成分主要以c、si、mn、al为主要元素，无明显贵重合金，同时c含量低于0.24％，有利于生产及应用过程中的激光焊接及电阻点焊；
36.(2)本发明采用双退火的热处理思路，有效的细化了原奥氏体晶粒尺寸，并且组织中各相分布均匀，提高了铁素体平均硬度，促进了q&p钢中残余奥氏体保留，提高了钢的塑性和扩孔性能；
37.(3)本发明通过低成本的合金设计以及巧妙工艺设计，实现兼顾高扩孔及高塑性的力能指标。
附图说明
38.图1为本发明实施例1显微组织sem图。
具体实施方式
39.下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
40.本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退镀锌、光整。
41.热轧：加热温度1210～1300℃，开轧温度1080～1180℃，终轧温度900℃以上，卷取温度660～700℃，热轧卷厚度在2.8～4.0mm之间；
42.冷轧：冷轧压下率为10％～35％；
43.连退镀锌：
44.①
预淬火：加热温度a3～(a3+10)，等温时间在5～20s，且700℃以上的平均加热速率＞5℃/s，然后快速冷却至室温；
45.②
二次退火：再次加热，平均加热速率＞2℃/s，等温温度800～880℃，等温时间80～160s，缓冷温度700～750℃，缓冷冷速0.5～5℃/s；
46.③
合金化热镀锌：缓冷后以大于30℃/s的冷速冷快速却至250～400℃，随后以1～10℃/s的加热速度升温至450-470℃等温25～35s，然后浸入锌锅1～3s，随后升温至480～550℃等温20～30s进行合金化，随后以小于2℃/s的冷速降至室温，
47.④
光整：钢板进入光整机进行板形调整，光整延伸率控制在0.1％～0.4％；
48.进一步，所述
①
预淬火后，钢板显微组织为马氏体，平均晶粒尺寸小于5μm。
49.进一步，所述
③
合金化热镀锌工艺中，控制炉内气氛为5％～15％h2，其余为n2，露点温度控制在-20～-10℃。
50.本发明实施例钢的成分(wt％)及a3温度(℃)见表1。实施例钢的热轧工艺见表2。本本发明实施例钢连退镀锌的主要工艺参数见表3。本发明实施例钢的组织见表4。本发明实施例钢的性能及锌层特点见表5。
51.表1本发明实施例钢的成分(wt％)及a3温度(℃)
[0052][0053]
表2实施例钢的热轧工艺
[0054]
实施例加热温度/℃开轧温度/℃终轧温度/℃卷取温度/℃1121211229336432124411429226653122711149346874125611299066465124811239386536126011419406857124911269276868121611439496689125711229426571012241125914643
[0055]
表3本发明实施例钢连退镀锌的主要工艺参数
[0056][0057]
表4本发明实施例钢的组织
[0058][0059]
备注：a＝贝氏体与新鲜马氏体体积含量比值；b＝贝氏体与铁素体的硬度比，c＝贝氏体与新鲜马氏体的硬度比。
[0060]
表4本发明实施例钢的性能及锌层特点
[0061][0062]
由上可知，应用本发明生产的钢抗拉强度980mpa以上，屈服强度650～850mpa，延伸率30％以上，扩孔值35％以上
[0063]
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

技术特征：
1.一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，其特征在于，该钢的成分按重量百分比计如下：c：0.20％～0.24％，si：0.6％～1.8％，al：0.015％～0.8％，mn：1.9％～2.5％，cr≤0.5％，mo≤0.3％，p≤0.05％，s≤0.01％，nb：0～0.04％，ti：0～0.05％，余量为fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，其特征在于，所述热镀锌q&p980钢的显微组织包括铁素体、贝氏体、残余奥氏体、回火马氏体和新鲜马氏体，其中各项显微组织按体积百分比计如下：铁素体10％～40％，贝氏体＞10％，残余奥氏体12％～25％，回火马氏体含量10％～50％，新鲜马氏体小于20％且平均尺寸小于2μm。3.根据权利要求2所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，其特征在于，铁素体分为临界区再结晶铁素体、高位错密度铁素体和外延铁素体；所述临界区再结晶铁素体呈块状，平均尺寸3-5μm；所述高位错密度铁素体呈细条状，平均长度小于3μm，平均宽度小于0.5μm；所述外延铁素体呈块状，平均尺寸1-3μm。4.根据权利要求2所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，其特征在于，贝氏体与新鲜马氏体体积含量比值＞2，贝氏体与铁素体的硬度比＜2，贝氏体与新鲜马氏体的硬度比＞0.7。5.根据权利要求1所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，其特征在于，所述热镀锌q&p980钢抗拉强度980mpa以上，屈服强度650～850mpa，延伸率≥30％，扩孔率≥35％。6.根据权利要求1所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢，其特征在于，所述热镀锌q&p980钢的锌层重量为60～200g/m2，锌层中铁含量为7％～13％。7.一种权利要求1-6任一项所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢的制备方法，包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退镀锌、光整；其特征在于：热轧：加热温度1210～1300℃，开轧温度1080～1180℃，终轧温度900℃以上，卷取温度660～700℃；冷轧：冷轧压下率为10％～35％；连退镀锌：
①
预淬火：加热温度a3～(a3+10)，等温时间在5～20s，且700℃以上的平均加热速率＞5℃/s，然后快速冷却至室温；
②
二次退火：再次加热，平均加热速率＞2℃/s，等温温度800～880℃，等温时间80～160s，缓冷温度700～750℃，缓冷冷速0.5～5℃/s；
③
合金化热镀锌：缓冷后以大于30℃/s的冷速冷快速却至250～400℃，随后以1～10℃/s的加热速度升温至450-470℃等温25～35s，然后浸入锌锅1～3s，随后升温至480～550℃等温20～30s进行合金化，随后以小于2℃/s的冷速降至室温，
④
光整：钢板进入光整机进行板形调整，光整延伸率控制在0.1％～0.4％。8.根据权利要求7所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢的制备方法，；其特征在于：所述
①
预淬火后，钢板显微组织为马氏体，平均晶粒尺寸小于5μm。9.根据权利要求7所述的一种高塑性合金化热镀锌q&p980钢的制备方法，；其特征在于：所述
③
合金化热镀锌工艺中，控制炉内气氛为5％～15％h2，其余为n2，露点温度控制在-20～-10℃。

技术总结
本发明提供了一种高塑性合金化热镀锌Q&P980钢及其制备方法，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.20％～0.24％，Si：0.6％～1.8％，Al：0.015％～0.8％，Mn：1.9％～2.5％，Cr≤0.5％，Mo≤0.3％，P≤0.05％，S≤0.01％，Nb：0～0.04％，Ti：0～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退镀锌、光整；应用本发明生产的热镀锌Q&P980钢抗拉强度980MPa以上，屈服强度650～850MPa，延伸率≥30％，扩孔率≥35％。扩孔率≥35％。扩孔率≥35％。


技术研发人员：顾兴利 胡智评 刘仁东 郭金宇 林春青 丁庶炜
受保护的技术使用者：鞍钢股份有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/4