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一种烘烤硬化性能稳定的热 镀锌 钢板及其生产方法

阅读：1020发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板及其生产方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板，其特征在于，化学成分质量百分比为：C：0.0018％～0.0033％；Si：≤0.02％；Mn：0.22％～0.30％；P：0.015％～0.025％；S：≤0.01％；Ti：0.002％～0.01％；Nb：0.002％～0.01％；Als：0.04％～0.06％；N：≤0.003％；固溶C：0.0005％～0.0015％，余量铁和其它熔炼过程中的杂质。所述热镀锌钢板厚度为0.5～2.5mm，屈服强度 180～240MPa，抗拉强度 290～360MPa，延伸率A80≥38％，n90≥0.19，1.9≤r90≤3.0，烘烤硬化值BH2≥30MPa，在产品制造后的6个月内，烘烤硬化值保持在30MPa～50MPa的有效范围内。本发明可以解决目前低强度级别超低碳烘烤硬化钢板烘烤硬化性能不稳定，时效性差以及由此造成的性能波动，从而有效改善冲压性能和材料的抗凹性能。，下面是一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板及其生产方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板，其特征在于，化学成分质量百分比为：
C：0.0018％～0.0033％；Si：≤0.02％；Mn：0.22％～0.30％；P：0.015％～0.025％；S：
≤0.01％；Ti：0.002％～0.01％；Nb：0.002％～0.01％；Als：0.04％～0.06％；N：≤
0.003％；固溶C：0.0005％～0.0015％，余量铁和其它熔炼过程中的杂质。
2.根据权利要求1所述的，一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板，其特征在于，所述热镀锌钢板厚度为0.5～2.5mm，屈服强度180～240MPa，抗拉强度290～360MPa，延伸率A80≥
38％，n90≥0.19，1.9≤r90≤3.0，烘烤硬化值BH2≥30MPa，在产品制造后的6个月内，烘烤硬化值保持在30MPa～50MPa的有效范围内。
3.根据权利要求1所述的烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板的生产方法，其特征在于，包括炼钢、连铸、板坯加热、热轧、层流冷却、酸洗、冷轧、连退、平整；其中：
1)铸坯在步进式加热炉中加热保温，保温温度为1200℃～1240℃，出炉后高压水除磷，粗轧机入口温度1100℃～1150℃，精轧机终轧温度920℃～960℃，层流冷却后卷取，卷取温度710℃～750℃。冷轧总压下率为80％～85％；
2)冷硬卷在热镀锌线上首先进行表面清理，随后进入连续退火炉，退火炉分为加热段、保温段和冷却段，加热段温度为790℃～840℃，保温段温度790℃～840℃，保温段露点温度：-30℃～-50℃，缓冷温度：650℃～690℃，快冷温度470℃～520℃；生产线速度90～120℃/min，快冷段冷却速率≥25℃/s，过时效段温度450℃～480℃，平整延伸率1.7％～
1.8％。

说明书全文

一种烘烤硬化性能稳定的热 镀锌 钢板及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板及其生产方法。

背景技术

[0002] 目前汽车薄板市场的主流产品主要有无间隙原子钢(IF)、高强含磷无间隙原子钢(IF-P)和烘烤硬化钢(BH)等。塑性很高的IF钢虽然能满足复杂冲压成型的要求，但由于较低的屈服强度和较差的抗凹陷性能，使其大范围应用受到了限制。在过去的二十多年里，多种烘烤硬化钢被开发而且被汽车制造商所应用，其中超低碳烘烤硬化钢板是在传统软IF钢的基础上开发出来，具有IF钢优异的冲压成形性能，经烘烤处理后又可兼具高塑性和较好抗凹陷性能，冲压烘烤后钢板屈服强度增加约30-50MPa。

[0003] 超低碳烘烤硬化钢板(ULC-BH)作为烘烤硬化钢中的一种，由于其优异的成形性能和良好的抗凹陷性能，成为当今汽车车身面板主要材料之一。目前我国国内只有少数钢厂能够生产高成品合格率和稳定烘烤硬化性能的热镀锌超低碳烘烤硬化钢。对于生产ULC-BH钢板来说，最核心的技术是对烘烤硬化性能的稳定化控制。合理的成分设计和退火工艺是保证烘烤硬化钢在满足强度和冲压要求前提下最大化发挥烘烤硬化性能的关键。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板及其生产方法，可以解决目前低强度级别超低碳烘烤硬化钢板烘烤硬化性能不稳定，时效性差以及由此造成的性能波动，从而有效改善冲压性能和材料的抗凹性能。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

[0006] 一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板，化学成分质量百分比为：

[0007] C：0.0018％～0.0033％；Si：≤0.02％；Mn：0.22％～0.30％；P：0.015％～0.025％；S：≤0.01％；Ti：0.002％～0.01％；Nb：0.002％～0.01％；Als：0.04％～0.06％；
N：≤0.003％；固溶C：0.0005％～0.0015％，余量铁和其它熔炼过程中的杂质。

[0008] 所述热镀锌钢板厚度为0.5～2.5mm，屈服强度180～240MPa，抗拉强度290～360MPa，延伸率A80≥38％，n90≥0.19，1.9≤r90≤3.0，烘烤硬化值BH2≥30MPa；

[0009] 一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板的生产方法，包括炼钢、连铸、板坯加热、热轧、层流冷却、酸洗、冷轧、连退、平整；其中：

[0010] 1)铸坯在步进式加热炉中加热保温，保温温度为1200℃～1240℃，出炉后高压水除磷，粗轧机入口温度1100℃～1150℃，精轧机终轧温度920℃～960℃，层流冷却后卷取，卷取温度710℃～750℃。冷轧总压下率为80％～85％；

[0011] 2)冷硬卷在热镀锌线上首先进行表面清理，随后进入连续退火炉，退火炉分为加热段、保温段和冷却段，加热段温度为790℃～840℃，保温段温度790℃～840℃，保温段露点温度：-30℃～-50℃，缓冷温度：650℃～690℃，快冷温度470℃～520℃；生产线速度90～120℃/min，快冷段冷却速率≥25℃/s，过时效段温度450℃～480℃，平整延伸率1.7％～
1.8％。

[0012] 烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板的烘烤硬化值大于30MPa，在产品制造后的6个月内，烘烤硬化值保持在30MPa～50MPa的有效范围内。

[0013] 本发明采用的是Ti-Nb微合金设计的超低碳烘烤硬化钢，成分体系的设计思路为：为了保留一定量间隙固溶C原子产生烘烤硬化作用，将钢中C含量控制在0.0018～
0.0033％，N含量不大于0.003％，冶炼、热轧及其退火过程中与Ti、Nb元素共同配合，在不同阶段固溶析出，并最终实现控制固溶碳含量的目的。从高温冶炼到低温冷却过程中，含Ti-Nb的微合金钢中依次发生以下碳氮化物的析出反应：Ti+N→TiN，Al+N→AlN，Nb+C→NbC，Ti+C→TiC。为确保最终成品板材中固溶碳含量满足要求，钢中Nb/C原子比需介于0.3-0.6之间，目的是为了实现钢中Nb与C完全结合同时又能形成少量TiC；当Ti/N原子比小于1时，钢中固溶碳含量主要由总碳含量与Nb含量决定，可依照公式w(C)unstabilized＝w(C)total-0.129w(Nb)调整元素含量。当Ti/N原子比大于1时，钢中固溶碳含量除了与Nb含量相关外，还与Ti含量相关，可依照公式w(C)unstabilized＝w(C)total-0.251w(Ti)-0.129w(Nb)+0.858w(N)调整元素含量。

[0014] 通过利用钢中原有固溶C以及热镀锌退火过程中碳化物分解形成的固溶C来调控最终成品板材中固溶C含量满足5-15ppm要求，即固溶C含量的调整策略是由退火工艺来决定的，通过控制固溶碳C的含量来实现成品板材稳定的烘烤硬化性能。

[0015] Ti元素为本发明成分体系的关键元素之一，主要与钢中N、C形成化合物并最终调控钢中固溶C含量稳定在5～15ppm。

[0016] Nb元素为本发明成分体系关键元素之一，主要与钢中C形成碳化物并最终调控钢中固溶碳含量稳定在5～15ppm。

[0017] Mn元素为本发明成分体系的强化元素之一，主要起固溶强化作用，为了确保材料最终抗拉强度不低于290MPa，Mn添加量在0.22％～0.30％。

[0018] Si元素为本发明成分体系中对镀后表面影响较大元素，主要起固溶强化作用，为了确保材料热镀锌后优良的表面质量，Si添加量小于0.02％。

[0019] P元素作为本发明成分体系的强化元素之一，主要通过置换固溶起固溶强化作用，为确保材料最终抗拉强度满足要求，并避免产品的冷脆性，P添加量上限为0.025％。

[0020] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

[0021] 1.采用Ti微合金设计的烘烤硬化钢对炼钢工序要求非常严格。采用Nb微合金设计的烘烤硬化钢需要相对较高的温度才能发生再结晶，对退火炉的要求较高。而采用Ti-Nb微合金设计的烘烤硬化钢析出物种类少，且炼钢过程中Nb元素的波动对固溶C影响较小；另外，Nb可显著细化铁素体晶粒并提高强度，因此，采用Ti-Nb微合金设计烘烤硬化钢中可用Ti来固定钢中N，Nb来固定钢中C，炼钢生产控制难度较低。

[0022] 2.采用Ti-Nb微合金设计的烘烤硬化钢具有良好的综合性能，包括优异的涂镀性能，并且再结晶退火温度低于Nb微合金设计的烘烤硬化钢，可以满足绝大多数热镀锌退火炉的需要。

[0023] 3.本发明成分设计对N含量进行了上限要求(＜30ppm)，当Ti/N比小于1时，钢中主要形成NbC，固溶C含量的调控通过退火过程中回溶部分NbC来实现；当Ti/N比大于1时，钢中主要形成NbC和少量TiC，固溶碳含量的调控通过退火过程中回溶TiC和部分NbC来实现。

[0024] 4.采用本发明的成分设计，因TiC固溶温度为780℃～820℃，NbC固溶温度为800℃～840℃，可以通过小范围调整退火温度来实现钢板中固溶碳含量的微调，当原料碳含量出现波动时，可在热镀锌线上通过适当调整炉温来灵活控制钢板最终的烘烤硬化性能满足30～50MPa要求，如碳含量高于35ppm时降低保温温度至790℃～810℃，碳含量低于15ppm时升高保温温度至820℃～840℃。

[0025] 5.本发明生产方法生产的热镀锌烘烤硬化钢板具有稳定的烘烤硬化性能，烘烤硬化值可控制在30～50MPa之间，且可保持6个月的时效期，大大降低了材料冲压过程中出现拉伸应变痕和开裂风险，避免了钢板因烘烤硬化性能不合而造成的产品降级。

[0026] 6.本发明可以解决目前低强度级别超低碳烘烤硬化钢板烘烤硬化性能不稳定，时效性差以及由此造成的性能波动，从而有效改善冲压性能和材料的抗凹性能。

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例对本发明进一步说明：

[0028] 以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。

[0029] 一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板，按质量百分比，其化学成分设计包括：

[0030] C：0.0018％～0.0033％；Si：≤0.02％；Mn：0.22％～0.30％；P：0.015％～0.025％；S：≤0.01；Ti：0.002％～0.01％；Nb：0.002％～0.01％；Als：0.04％～0.06％；N：
≤0.003％；固溶C：0.0005％-0.0015％，余量铁和不可避免杂质。

[0031] 超低碳和超低氮设计提供了良好的塑韧性和深冲性，同时稳定C、N所需的合金元素用量显著降低。为了保留一定量间隙固溶碳原子产生烘烤硬化作用，钢中C、N和Ti、Nb含量要组成合理搭配。首先要保证钢中Nb/C原子比需介于0.3-0.6之间，当Ti/N原子比小于1时，Ti全部与N结合形成TiN，Nb与C结合形成NbC，钢中固溶碳含量的调控主要依靠退火过程中NbC的回溶；当Ti/N原子比大于1时，Ti与N结合后剩余Ti与C形成少量TiC，多数Nb与C形成NbC，钢中固溶碳含量的调控主要依靠退火过程种NbC和TiC的回溶。

[0032] 成分体系下，TiC的回溶温度约790℃～810℃，NbC的回溶温度约为820℃～840℃，当退火温度达到碳化物回溶温度时，相应碳化物会回溶分解并增加铁素体基体中固溶C含量，随后在大于25℃/s快速冷却过程中这部分固溶碳被保留至室温，并与初始剩余碳共同产生足够的烘烤硬化效应。

[0033] 采用先缓冷后快冷的冷却方式可以有效抑制TiC和NbC的析出以及铁素体基体中不利结构的形成，有利于控制烘烤硬化值和时效性。

[0034] 采用的平整延伸率除了可获取优良板面质量的热镀锌钢板，同时利用平整所产生的轧制力迫使柯氏气团中的C原子与位错分离，该过程不仅降低了屈服点并消除屈服平台，还能增加基体中自由C原子数量，有利于获取足够的烘烤硬化性能。值得注意的是平整延伸率过低会造成屈服平台存在，烘烤硬化性能偏低；平整延伸率过高，由于加工硬化作用使屈服强度升高，另外带钢形变过程中产生的位错会大大削弱钢中自由C原子数量。

[0035] 一种烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板的生产方法，，包括炼钢、连铸、板坯加热、热轧、层流冷却、酸洗、冷轧、连退、平整；其中：

[0036] 1)铸坯在步进式加热炉中加热保温，保温温度为1200℃～1240℃，出炉后高压水除磷，粗轧机入口温度1100℃～1150℃，精轧机终轧温度920℃～960℃，层流冷却后卷取，卷取温度710℃～750℃。冷轧总压下率为80％～85％；

[0037] 2)冷硬卷在热镀锌线上首先进行表面清理，随后进入连续退火炉，退火炉分为加热段、保温段和冷却段，加热段温度为790℃～840℃，保温段温度790℃～840℃，保温段露点温度：-30℃～-50℃，缓冷温度：650℃～690℃，快冷温度470℃～520℃；生产线速度90～120℃/min，快冷段冷却速率≥25℃/s，过时效段温度450℃～480℃，平整延伸率1.7％～
1.8％。

[0038] 根据本方法生产屈服强度为180MPa的热镀锌钢板，其力学性能满足表1要求，在常温贮藏条件下，保证在产品制造后的6个月内性能指标同样符合表1要求。

[0039] 表1：热镀锌烘烤硬化钢H180BD性能范围

[0040]

[0041] 下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明：

[0042] 实施例1-8化学成分见表2；

[0043] 表2：化学成分(wt.％)

[0044] No. C Si Mn P S Ti Nb Als N 固溶C1 0.0023 0.01 0.24 0.019 0.002 0.005 0.009 0.047 0.0015 0.0011
2 0.0025 0.01 0.23 0.018 0.006 0.006 0.009 0.044 0.0019 0.0013
3 0.002 0.005 0.23 0.023 0.003 0.008 0.008 0.048 0.0025 0.0009
4 0.0024 0.005 0.24 0.022 0.002 0.006 0.008 0.049 0.0014 0.001
5 0.0025 0.01 0.23 0.02 0.003 0.009 0.01 0.048 0.0023 0.0009
6 0.0027 0.005 0.23 0.017 0.004 0.009 0.008 0.048 0.0019 0.001
7 0.0029 0.01 0.22 0.018 0.006 0.008 0.008 0.048 0.0018 0.0014
8 0.0022 0.01 0.24 0.018 0.005 0.008 0.009 0.044 0.002 0.0007

[0045] 实施例1-8生产步骤1)的工艺参数见表3；

[0046] 表3：

[0047]

[0048] 实施例1-8生产步骤2)的工艺参数见表4；

[0049] 表4：

[0050]

[0051] 实施例1-8在生产线下线后进行检验，力学性能如下表5所示：

[0052] 表5：力学性能

[0053]

[0054]

[0055] 实施例1-8在生产线下线后6个月进行检验，烘烤硬化值如下表6所示；

[0056] 表6：下线后6个月烘烤硬化值检验

[0057]

[0058] 通过6个月的累计检验可以发现，本发明生产的热镀锌H180BD钢板在生产线下线以及长时间放置后，烘烤硬化值均能稳定在一个有效的范围内，并在后续应用过程中提供良好的抗凹性能。

[0059] 本发明所述的烘烤硬化性能稳定的热镀锌钢板通过控制合金元素的配比、同时控制热轧温度和卷取温度、冷轧压下率、热镀锌连续退火温度、快冷温度、冷却速率以及平整压下率等工艺参数，可生产烘烤硬化性能稳定的H180BD热镀锌钢板，与此同时又具有良好的板面质量，适用于汽车外板对抗凹陷性能有严格要求的部件。

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