阅读说明：本技术 一种1300MPa级复相钢、其制备方法及其应用 (1300 MPa-grade complex phase steel, preparation method and application thereof ) 是由 邱木生 韩赟 刘华赛 阳锋 谢春乾 姜英花 邹英 刘李斌 滕华湘 于孟 章军 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于冶金和冷轧板带领域,具体涉及一种1300MPa级复相钢,其特征在于,按质量百分比计,所述复相钢包含：C 0.1-0.15％、Si 0.1-0.3％、Mn 1.8-2.6％、Cr 0.3-0.7％,Mo 0.1-0.3％,P≤0.010％、S≤0.006％、Ti 0.01-0.03％,Nb 0.01-0.03％,Alt 0.02-0.07％,B 0.002-0.005％,余量为铁和不可避免的杂质；其中,Pcm＝C+Mn/20+Si/30+2P+4S≤0.28；所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯,将所述钢板坯依次进行加热和热轧,得到热轧板；将所述热轧板依次进行层流冷却和卷取,后冷却,得到钢卷；将所述钢卷进行冷轧,得到冷硬带钢；将所述冷硬带钢依次进行退火处理、平整处理,后空冷,得到所述1300MPa级复相钢；本发明所述制备方法能够得到1300MPa级以上的冷轧复相钢的产品,并同时使得冷轧复相钢具有良好的焊接性能和优异的扩孔性能。(The invention belongs to the field of metallurgy and cold-rolled sheet strips, and particularly relates to 1300 MPa-grade complex phase steel which is characterized by comprising the following components in percentage by mass: 0.1 to 0.15 percent of C, 0.1 to 0.3 percent of Si, 1.8 to 2.6 percent of Mn, 0.3 to 0.7 percent of Cr, 0.1 to 0.3 percent of Mo, less than or equal to 0.010 percent of P, less than or equal to 0.006 percent of S, 0.01 to 0.03 percent of Ti, 0.01 to 0.03 percent of Nb, 0.02 to 0.07 percent of Alt, 0.002 to 0.005 percent of B, and the balance of Fe and inevitable impurities; wherein Pcm is C + Mn/20+ Si/30+2P +4S and is less than or equal to 0.28; the preparation method comprises the following steps: smelting and continuously casting to obtain a steel plate blank, and sequentially heating and hot rolling the steel plate blank to obtain a hot rolled plate; sequentially carrying out laminar cooling and coiling on the hot rolled plate, and then cooling to obtain a steel coil; cold rolling the steel coil to obtain cold-hard strip steel; sequentially carrying out annealing treatment and flattening treatment on the cold-hard strip steel, and then carrying out air cooling to obtain the 1300 MPa-grade complex phase steel; the preparation method can obtain the cold-rolled complex phase steel product with the pressure of above 1300MPa, and simultaneously enables the cold-rolled complex phase steel to have good welding performance and excellent hole expansion performance.)

一种1300MPa级复相钢、其制备方法及其应用

技术领域

本发明属于冶金和冷轧板带领域，具体涉及一种1300MPa级复相钢、其制备方法及其应用。

背景技术

目前，随着汽车工业对于轻量化和安全性的要求日益严苛，汽车新车型中高强钢的使用比例持续增加。其中以抗拉强度为1000MPa的高强钢所占的比例最大，其占汽车车身重量的29％左右。近年来随着冷轧成型技术的进步，使得更高强度的先进高强钢的应用成为可能，而开发具有一定塑性的1300MPa级及以上的超高强钢，既可以满足较简单成型的汽车结构件的生产，又能进一步实现各种零部件的减重，从而实现轻量化的目标，降低能耗和排放。

总上所述，亟需开发一种1300MPa级以上的冷轧复相钢的产品，并同时使得冷轧复相钢具有良好的焊接性能和优异的扩孔性能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种1300MPa级复相钢、其制备方法及其应用。本发明提供的复相钢的抗拉强度达到1300MPa级以上，屈服强度达到1000MPa以上，断后延伸率A₈₀为6％以上，扩孔率≥40％，该复相钢可用于汽车前纵梁、门槛梁等安全结构件，进一步实现汽车零部件的减重，从而实现轻量化的目标。

用于实现上述目的的技术方案如下：

本发明提供一种1300MPa级复相钢，其特征在于，按质量百分比计，所述复相钢包含：C 0.1-0.15％、Si 0.1-0.3％、Mn 1.8-2.6％、Cr 0.3-0.7％，Mo 0.1-0.3％，P≤0.010％、S≤0.006％、Ti 0.01-0.03％，Nb 0.01-0.03％，Alt 0.02-0.07％，B 0.002-0.005％，余量为铁和不可避免的杂质；

其中，碳当量满足条件：Pcm＝C+Mn/20+Si/30+2P+4S≤0.28(其中，C代表所述1300MPa级复相钢中的C含量值即0.001-0.0015，Mn代表以上所述1300MPa级复相钢中的Mn含量值即0.018-0.026，Si代表以上所述1300MPa级复相钢中的Si含量值即0.001-0.003，P代表以上所述1300MPa级复相钢中的P含量值即小于或等于0.0001，S代表以上所述1300MPa级复相钢中的S含量值即小于或等于0.00006)。

在一个实施方案中，本发明所述的1300MPa级复相钢中，按质量百分比计，所述复相钢包含：C 0.1％，Si 0.18％，Mn 2.6％，Cr 0.3％，Mo 0.3％，P0.008％、S 0.002％、Ti0.019％，Nb 0.03％，Alt 0.02％，B 0.002％，余量为铁和不可避免的杂质。

在一个实施方案中，本发明所述的1300MPa级复相钢中，所述复相钢的显微组织包括：铁素体、马氏体和贝氏体；

优选地，按质量百分比计，所述复相钢的显微组织包括：铁素体30-40％、马氏体32-48％，贝氏体12-38％；

优选地，所述复相钢的抗拉强度＞1300MPa，屈服强度为＞1028MPa，延伸率A₈₀≥6％，扩孔率≥40％。

本发明还提供本发明所述的1300MPa级复相钢的制备方法，所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热和热轧，得到热轧板；将所述热轧板依次进行层流冷却和卷取，后冷却至温度为18～31℃，得到钢卷；将所述钢卷进行冷轧，得到冷硬带钢；将所述冷硬带钢依次进行退火处理、平整处理，后空冷至温度为18～31℃，得到所述1300MPa级复相钢；

其中，按质量百分比计，所述钢板坯包含：按质量百分比计，所述复相钢包含：C0.1-0.15％、Si 0.1-0.3％、Mn 1.8-2.6％、Cr 0.3-0.7％，Mo 0.1-0.3％，P≤0.010％、S≤0.006％、Ti 0.01-0.03％，Nb 0.01-0.03％，Alt 0.02-0.07％，B 0.002-0.005％，余量为铁和不可避免的杂质；

其中，碳当量满足条件：Pcm＝C+Mn/20+Si/30+2P+4S≤0.28；

优选地，按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.1％，Si 0.18％，Mn 2.6％，Cr0.3％，Mo 0.3％，P 0.008％、S 0.002％、Ti 0.019％，Nb 0.03％，Alt 0.02％，B 0.002％，余量为铁和不可避免的杂质。

在一个实施方案中，本发明所述的1300MPa级复相钢的制备方法中，所述将所述钢板坯进行加热的过程中，加热温度为1180～1320℃，加热时间为150～200min；所述钢板坯经加热后的温度为1000～1190℃(即出炉温度)。

在一个实施方案中，本发明所述的1300MPa级复相钢的制备方法中，所述热轧包括粗轧和精轧；

其中，所述粗轧为6道次，所述粗轧的终轧温度为950～990℃；所述精轧的终轧温度为880～890℃；

优选地，所述热轧板的厚度为2.5～3mm。

在一个实施方案中，本发明所述的1300MPa级复相钢的制备方法中，所述层流冷却的冷却速率为13～18℃/s；

优选地，所述卷取温度为450～560℃；

优选地，所述冷轧为单机架往复轧制，所述冷轧的总压下率为50～60％，所述冷硬带钢的厚度为1.1～1.5mm。

在一个实施方案中，本发明所述的1300MPa级复相钢的制备方法中，所述退火处理包括：

(1)将所述冷硬带钢预热至250～255℃，后以加热速率为10-15℃/s加热至温度为780～800℃，在均热温度为780～800℃下保温2～5min；

(2)将经步骤(1)处理后的冷硬带钢以冷却速率为6～8℃/s冷却至温度为635～680℃；

(3)将经步骤(2)处理后的冷硬带钢在氢气体积分数为50％的条件下，以冷却速率CR冷却至温度为255～300℃，后在温度为240-290℃下进行等温过时效处理10～25min；其中，所述冷却速率CR满足以下条件：Mn_eq＝Mn+1.29Cr+3.28Mo+0.07Si，且Log CR≥-1.73Mn_eq+3.95；其中Mn_eq为Mn元素的当量值，Mn为以上所述1300MPa级复相钢中的Mn含量值，Cr为以上所述1300MPa级复相钢中的Cr含量值，Mo为以上所述1300MPa级复相钢中的Mo含量值，Si为以上所述1300MPa级复相钢中的Si含量值；

优选地，所述冷却速率CR为25～46℃/s；

优选地，所述平整处理的过程中的平整延伸率为0.2-0.9％。

本发明还提供本发明所述的1300MPa级复相钢的制备方法制备得到的1300MPa级复相钢。

本发明还提供本发明所述的1300MPa级复相钢在制备汽车结构件中的应用，其中，所述汽车结构件优选汽车前纵梁和/或门槛梁。

本发明所述复相钢中针对合金成分设计思路如下：

C元素是复相钢中最重要的固溶强化元素及提高奥氏体淬透性元素，为了在冷却过程中获得足够的马氏体量以保证强度，同时避免C含量过高恶化焊接性能，C含量需控制在一个合适范围。在本发明中，C元素含量被设定在0.1-0.15％以获得上述作用。当C含量超过0.15％时会在例如原材料铸造中生成巨大的共晶碳化物，从而导致疲劳寿命降低亦可导致韧性的降低。

Si元素也是重要的固溶强化元素，其可以有效促进C元素向奥氏体富集，提高奥氏体淬透性并同时净化铁素体相，从而改善延伸率。但Si元素过多会对焊接性能及表面质量带来不利影响，因此Si含量需控制在一个合适范围。Si元素含量过高容易形成粗大且稳定的氧化物和氮化物，降低钢的热塑性、焊接性能和疲劳性能。在本发明中，Si元素含量被设定在0.1-0.3％以获得上述作用。

Mn元素也是固溶强化、稳定奥氏体的重要元素，其是良好的脱氧剂和脱硫剂，能够消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。但Mn含量过高容易引起偏析现象，因此Mn含量需控制在一个合适范围。在本发明中，Mn元素含量被设定在1.8-2.6％以获得上述作用。

P元素作为有害元素，在晶界偏聚将会导致晶界强度下降从而恶化材料的机械性能，且为碳当量的显著影响元素。在本发明中，将P元素含量控制在0.010％以下。

S元素作为有害元素，其主要防止与Mn结合产生MnS从而恶化材料性能，且为碳当量的显著影响元素。在本发明中，将S元素含量控制在0.006％以下。

Cr元素可以提高奥氏体淬透性，从而获得足够量的马氏体保证强度，但同时Cr元素为铁素体区扩大元素，Cr元素过多会导致两相区缩小，因此Cr含量需控制在一个合适范围。在本发明中，将Cr元素含量控制在0.3-0.7％。

Mo元素也可以提高奥氏体淬透性，从而获得足够量的马氏体保证强度，但过多的Mo元素易在铁素体当中偏聚，恶化延性，同时Mo元素成本较高，因此Mo含量需控制在一个合适范围。在本发明中，将Mo元素含量控制在0.1-0.3％。

Ti/Nb元素作为微合金元素，可以与C结合生成纳米析出相，起到细化晶粒及析出强化的作用，对改善组织形态、提高屈服强度有着显著的作用，但含量过高又会对延伸率造成不利影响，因此其含量需控制在一个合适范围。

本发明通过设计合理的化学成分范围，同时配合所要求的轧制工艺，配以合理的加热温度、热轧温度以及退火处理，所制备的复相钢的抗拉强度达到1300MPa级，最终冷轧复相钢成品的抗拉强度在1300MPa以上，屈服强度为1000MPa以上，断后延伸率在6％以上，扩孔率在40％以上，从而有效减少了焊接热影响区的晶粒粗大的问题，具有良好的焊接性能，同时具有优异的扩孔性能，尤其适用于汽车前纵梁、门槛梁等安全结构件的制备。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了本发明实施例1试验组1所制备得到的复相钢的微观组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

实施例1：

本实施例采用4个试验组，在实验组1～4中通过本发明所述方法制备所述1300MPa级复相钢；

一、将钢水经过冶炼并连铸得到钢板坯，所述钢板坯的实际化学成分如表1所示

表1：本发明所述钢板坯包含的实际化学成分

二、采用本发明所述制备方法制备1300MPa级复相钢(制备工艺参数如表2和表3所示)：

(1)将所述钢板坯依次进行加热和热轧，得到热轧板；其中，加热温度为1180～1320℃，加热时间为150～200min；所述钢板坯经加热后的温度(出炉温度)为1000～1190℃；

加热后热轧可使得材料内部合金进一步均质化，同时使得材料具有足够的塑性，减小变形抗力，改善内部组织，便于后续轧制工艺。基于此，加热温度需要设定在一定范围内，加热时间也需要限定在一定范围内。

热轧包括粗轧和精轧；所述粗轧为6道次，粗轧的终轧温度为950～990℃；精轧的终轧温度为880～890℃；所得热轧板的厚度为2.5～3mm；

(2)将所述热轧板依次进行层流冷却和卷取，后冷却至温度为18～31℃，得到钢卷；层流冷却的冷却速率为13～18℃/s，卷取温度为450～560℃

卷取温度设置为450～560℃，目的是为了获得更多均匀细化的贝氏体/马氏体组织，以改善通卷组织均匀性，保证冷轧轧制时的变形均匀性。

(3)将所述钢卷进行冷轧，得到冷硬带钢；其中，冷轧为单机架往复轧制，冷轧的总压下率为50～60％，冷轧后获得的冷硬带钢的厚度为1.1～1.5mm；

(4)将所述冷硬带钢依次进行退火处理、平整处理(在四辊平整机上进行平整处理)，后空冷至温度为18～31℃，得到所述1300MPa级复相钢；

其中，退火处理步骤包括：(4-1)将所述冷硬带钢预热至250～255℃，后以加热速率为10-15℃/s加热至780～800℃，在均热温度为780～800℃下保温2～5min；

加热至两相区温度780～800℃，在此温度范围内一方面碳和合金元素向奥氏体富集，形成一定比例的奥氏体相，温度过低合金元素无法很好的扩散，也得不到适宜的奥氏体含量；另一方面也需要保证奥氏体内合金元素的平均含量，因此加热温度不宜过高。

(4-2)将经步骤(4-1)处理后的冷硬带钢以冷却速率为6～8℃/s冷却(缓冷)至635～680℃(缓冷出口温度)；

(4-3)将经步骤(4-2)处理后的冷硬带钢在氢气体积分数为50％的条件下，以冷却速率为25～46℃/s冷却(快冷)至255～300℃(快冷出口温度)，后在温度为240-290℃下进行等温过时效处理10～25min；其中，在另外的一个技术方案中，所述冷却速率CR还可以使满足以下条件的值：Mn_eq＝Mn+1.29Cr+3.28Mo+0.07Si，且Log CR≥-1.73Mn_eq+3.95；

快冷温度范围为255～300℃，能够确保获得足量马氏体和奥氏体，快冷温度设置过低，则产品生产线的实际能力无法达到，设置过高则易导致最终产品的抗拉强度不足；而过时效处理能对淬硬的马氏体进行回火，进而获得综合性能良好的产品，通常该温度过高易导致屈服强度增加，抗拉强度下降，而温度过低则达不到回火效果。

其中，所述平整处理的过程中的平整延伸率为0.2-0.9％。

表2：本发明所述1300MPa级复相钢的制备工艺参数

表3：本发明所述1300MPa级复相钢的退火和平整工艺参数

本发明所述附图1为本发明实施例1中试验组1得到的1300MPa级复相钢试样典型的微观组织照片。

对比例1：

一、本对比例采用4个对比组，其钢板坯的实际化学成分如表4所示：

表4：对比组5～8的钢板坯的实际化学成分

对比组	C(％)	Si(％)	M(％)	P(％)	S(％)	Alt(％)
							5	0.06	0.08	1.7	0.02	0.007	0.02
6	0.15	0.09	1.6	0.025	0.009	0.064
							7	0.20	0.5	2.3	0.018	0.008	0.068
8	0.02	0.6	3	0.03	0.010	0.001

二、上述对比组5～8的制备工艺参数如表5和表6所示：

表5：对比组制备工艺参数

表6：现有技术退火和平整工艺参数

针对上述实施例1和对比例1中所制备得到的产品进行力学性能测试，结果见表7：

表7：产品力学性能测试结果

实施例	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A<sub>80</sub>/％	扩孔率/％
					试验组1	1345	1045	7.5	45
试验组2	1328	1044	7	41
					试验组3	1345	1055	6	42
试验组4	1332	1028	7	43
					对比组5	520	372	22	43
对比组6	628	384	21	48
					对比组7	828	440	15	32
对比组8	440	245	28	67

通过以上所述，可以看出，本发明通过设计合理的化学成分范围，同时配合所要求的轧制工艺，配以合理的加热温度、热轧温度以及退火处理，最终获得铁素体和贝氏体组成的微观组织，制备所得的复相钢的抗拉强度达到1300MPa级，最终冷轧复相钢成品的抗拉强度在1300MPa以上，屈服强度为1000MPa以上，断后延伸率在6％以上，扩孔率在40％以上，本发明产品碳当量低，加上微合金元素的加入，从而有效减少了焊接热影响区的晶粒粗大的问题，具有良好的焊接性能，同时具有优异的扩孔性能，尤其适用于汽车前纵梁、门槛梁等安全结构件的制备。

总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。