阅读说明：本技术 一种低成本热镀锌相变诱导塑性钢及其制备方法 (Low-cost hot-galvanized phase-change induced plasticity steel and preparation method thereof ) 是由 李春诚 刘宏亮 王亚东 王忠东 孙忠斌 高兴昌 冯岗 于 2018-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及相变诱导塑性钢领域,具体为一种低成本热镀锌相变诱导塑性钢及其制备方法。按重量百分比含量计,控制钢板的化学成分为C：0.1～0.3％、Si：0.4～2.0％、Mn：1.0～2.5％、P≤0.02％；S≤0.03％、Al≤0.08％,余量为Fe。该方法的工艺流程如下：铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→加热→控轧控冷→卷取→酸洗→连续退火→热镀锌→光整→机能检验→包装出厂。采用价格低廉的C-Mn-Si系合金成分设计,不需要加入Cr、Mo等贵重合金元素,通过采用预氧化工艺与合适露点匹配控制,提高含硅TRIP钢可镀性,并通过镀后冷却恰当控制,解决TRIP钢板表面质量和力学性能等技术问题。(The invention relates to the field of phase change induced plasticity steel, in particular to low-cost hot galvanizing phase change induced plasticity steel and a preparation method thereof. According to the weight percentage content, the chemical components of the steel plate are controlled as follows: 0.1 to 0.3%, Si: 0.4-2.0%, Mn: 1.0-2.5% and P is less than or equal to 0.02%; less than or equal to 0.03 percent of S, less than or equal to 0.08 percent of Al and the balance of Fe. The method comprises the following process flows: molten iron pretreatment → converter smelting → external refining → continuous casting → heating → controlled rolling and controlled cooling → coiling → acid cleaning → continuous annealing → hot galvanizing → finishing → functional inspection → packaging and delivery. The method adopts the design of C-Mn-Si series alloy components with low price, does not need to add noble alloy elements such as Cr, Mo and the like, improves the platability of the silicon-containing TRIP steel by adopting a pre-oxidation process and proper dew point matching control, and solves the technical problems of the surface quality, the mechanical property and the like of the TRIP steel plate by properly controlling cooling after plating.)

一种低成本热镀锌相变诱导塑性钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及相变诱导塑性钢领域，具体为一种低成本热镀锌相变诱导塑性钢及其制备方法。

背景技术

相变诱导塑性钢(TRIP钢)通过相变诱导塑性效应，使残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体形核，引入相变强化和塑性增长，可提高强度和韧性。该钢种用作汽车钢板可减轻车重、降低油耗，同时能够有效抵御撞击时的塑性变形，从而显著提高汽车的安全等级。相变诱导塑性钢进行热镀锌可获得良好的抗腐蚀性能，延长使用寿命。

目前，结构件和安全件用的590～780级热镀锌TRIP钢早已试制成功。国内外也已开发出590～780MPa级热镀锌TRIP钢，并且正在开发980MPa级热镀锌TRIP钢。但是热镀锌TRIP钢在生产中往往存在可镀性差、镀层结合力不良等问题，国内外对TRIP钢的可镀性进行大量研究，但工业生产鲜有报道。

为了避开如镀锌表面质量问题，大多数如镀锌相变诱导塑性钢板成分设计采用高Al替代或者部分替代Si，因其强度不能满足要求，不得不加入昂贵的合金元素来提高强度，同时用铝代替硅可以提高TRIP钢的可镀性，但是铝含量高会给炼钢和热轧带来一些问题，如在生产过程中发现，当TRIP钢中铝含量过高时，连铸的结晶器水口容易堵塞。另外，Al提高Ac3相变温度，使得退火温度不得不提高，增加能源消耗。而加Si不需要添加昂贵合金元素弥补强度，还能提高TRIP钢的综合力学性能，如何解决高Si相变诱导塑性钢热镀锌表面质量问题成为研究的重点和难点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低成本热镀锌相变诱导塑性钢板及其制备方法，采用价格低廉的C-Mn-Si系合金成分设计，不需要加入Cr、Mo等贵重合金元素，通过采用预氧化工艺与合适露点匹配控制，提高含硅TRIP钢可镀性，并通过镀后冷却恰当控制，解决TRIP钢板表面质量和力学性能等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种低成本热镀锌相变诱导塑性钢，按重量百分比含量计，控制钢板的化学成分为C：0.1～0.3％、Si：0.4～2.0％、Mn：1.0～2.5％、P≤0.02％、S≤0.03％、Al≤0.08％，余量为Fe。

所述的低成本热镀锌相变诱导塑性钢，优选的，按重量百分比含量计，控制钢板的化学成分为C：0.17～0.23％、Si：1.0～1.5％、Mn：1.5～2.0％、P≤0.015％、S≤0.010％、Al≤0.05％，余量为Fe。

所述的低成本热镀锌相变诱导塑性钢的制备方法，该方法的工艺流程如下：铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→加热→控轧控冷→卷取→酸洗→连续退火→热镀锌→光整→机能检验→包装出厂；其中，控轧控冷过程的加热温度为1200～1280℃，开轧温度为1080～1130℃，终轧温度为890～950℃，轧后采用层流冷却，冷却速率为20～40℃/s，卷取温度为580～640℃。

所述的低成本热镀锌相变诱导塑性钢的制备方法，控轧控冷过程采用≥52％的压下率。

所述的低成本热镀锌相变诱导塑性钢的制备方法，采用预氧化工艺和露点的合理控制，保证钢板表面质量；其中，预氧化工艺为：采用O₂+N₂气氛，O₂的体积含量为1.5～2.0％，在700～800℃预氧化8～12s，该气氛的露点控制为-15～-25℃。

所述的低成本热镀锌相变诱导塑性钢的制备方法，连续退火炉的流程包括：加热段→均热段→缓冷段→快冷段→均衡段，其工艺参数如下表所示：

加热段将温度升至820±10℃，均热段实现钢板温度均匀保持820±10℃，缓冷段将温度降至720±10℃、冷却速度7～10℃/s，快冷段将温度降至420±10℃、冷却速度15～30℃/s，均衡段将温度升至460±10℃，连续退火炉内速度80±10m/min。

所述的低成本热镀锌相变诱导塑性钢的制备方法，热镀锌的入锌锅温度460±10℃，使锌锅中的锌液达到460±10℃后，再进行热镀锌操作。

本发明的设计思想是：

本发明设计采用传统的C-Mn-Si成分设计，避免因Al含量高导致铁素体脆化，使得材料的强度和延展性变差，以及引起炼钢连铸过程中容易堵塞水口等问题，也避免P含量高会使TRIP钢的塑性、焊接性和成形性会降低，更不需要额外贵重合金元素Cr、Mo、Ni，符合低成本的环境友好型设计思想。

本发明设计的C元素是奥氏体稳定性元素，其价格低廉；同时，C也是主要的强化元素，在不影响焊接性能的前提下C含量高，强化效果好。此外，C在通过提高残余奥氏体含量及其稳定性，使得钢塑性的较好，在钢板成形过程中残余奥氏体受到外力作用下，发生马氏体转变，同时提高钢的强度和塑性。

本发明设计的Mn元素是强韧化元素，作为奥氏体形成元素，在扩大奥氏体区，降低终轧温度，推迟奥氏体转变，可以同时起到细化晶粒和稳定残余奥氏体的作用。

为了避免钢板表面形成致密的氧化层Mn₂SiO₄，影响钢板的镀锌性能，而本发明设计的高Si热镀锌相变诱导塑性钢，创新地通过预氧化工艺使得基体表面主要被含有金属Fe的氧化/还原层覆盖，氧化/还原层被一些空洞分割，这些空洞中含有Mn、Si等氧化物的混合物，形成的氧化物在氧化/还原层下面。

另外，本发明通过控制退火炉内的露点，促进内部氧化过程，从而改变表面的化学成分，提高含硅TRIP钢可镀性。因此，预氧化工艺和合适露点的匹配，同时合理设计入锌锅温度、锌液温度及生产工艺，得到锌镀层附着力优异的热镀锌相变诱导塑性钢板，使得C-Mn-Si系TRIP钢获得良好的镀层结合力，表面质量符合相关标准要求。

本发明的优点及有益效果是：

与现有技术相比，本发明的优点在于，冶炼的铸坯可以在连续退火线、热镀锌线生产，不存在产线不兼容问题，炼钢剩余铸坯可以改判到其它工序生产，大大降低生产成本，吨钢成本降低至少500元，生产控制相对简单，工艺参数易于实现，表面质量良好，综合力学性能优异，较好地满足产品相关要求。

附图说明

图1为本发明含硅TRIP钢的金相组织。

具体实施方式

下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例低成本热镀锌相变诱导塑性钢板，按重量百分比含量计，控制钢板的化学成分为C：0.19％、Si：1.3％、Mn：1.7％、P：0.010％、S：0.002％、Al：0.033％，余量为Fe。

本实施例低成本热镀锌相变诱导塑性钢板的制备方法，包括采用如下的工艺流程：

铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→加热→控轧控冷→卷取→酸洗→连续退火→热镀锌→光整→机能检验→包装出厂；

其中，控轧控冷过程的加热温度为1250℃，开轧温度为1100℃，终轧温度为920℃，轧后采用层流冷却，冷却速率为30℃/s，卷取温度为600℃。采用54％的压下率，采用预氧化工艺和露点的合理控制，保证钢板表面质量。其中，预氧化工艺为：采用O₂+N₂气氛，O₂的体积含量为1.8％，在750℃预氧化9s，该气氛的露点控制为-20℃。如图1所示，本发明含硅TRIP钢的金相组织，通过控制贝氏体相变和提高残余奥氏体稳定性保证钢的力学性能，实现兼具高强度和高塑性。

连续退火炉的流程包括：加热段→均热段→缓冷段→快冷段→均衡段，其工艺参数如下表所示：

加热段将温度升至820±10℃，均热段实现钢板温度均匀保持820±10℃，缓冷段将温度降至720±10℃、冷却速度9℃/s，快冷段将温度降至420±10℃、冷却速度26℃/s，均衡段将温度升至460±10℃，连续退火炉内速度80m/min。热镀锌的入锌锅温度460±10℃，使锌锅中的锌液达到460±10℃后，再进行热镀锌操作。

最终产品的力学性能情况如下表所示：

钢种	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A<sub>80</sub>(％)	n<sub>0</sub>值(应力循环基数)
					标准	450～570	≥780	≥21	≥0.16
HCT780T+Z	485	916	23	0.18
					HCT780T+Z	494	927	22.5	0.18

实施例2

本实施例低成本热镀锌相变诱导塑性钢板，按重量百分比含量计，控制钢板的化学成分为C：0.18％、Si：1.4％、Mn：1.8％、P：0.013％、S：0.001％、Al：0.035％，余量为Fe。

本实施例低成本热镀锌相变诱导塑性钢板的制备方法，包括采用如下的工艺流程：

铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→加热→控轧控冷→卷取→酸洗→连续退火→热镀锌→光整→机能检验→包装出厂；

其中，控轧控冷过程的加热温度为1230℃，开轧温度为1080℃，终轧温度为900℃，轧后采用层流冷却，冷却速率为25℃/s，卷取温度为580℃。采用55％的压下率，采用预氧化工艺和露点的合理控制，保证钢板表面质量。其中，预氧化工艺为：采用O₂+N₂气氛，O₂的体积含量为1.6％，在800℃预氧化10s，该气氛的露点控制为-18℃。如图1所示，本发明含硅TRIP钢的金相组织，通过控制贝氏体相变和提高残余奥氏体稳定性保证钢的力学性能，实现兼具高强度和高塑性。

连续退火炉的流程包括：加热段→均热段→缓冷段→快冷段→均衡段，其工艺参数如下表所示：

加热段将温度升至820±10℃，均热段实现钢板温度均匀保持820±10℃，缓冷段将温度降至720±10℃、冷却速度8℃/s，快冷段将温度降至420±10℃、冷却速度24℃/s，均衡段将温度升至460±10℃，连续退火炉内速度75m/min。热镀锌的入锌锅温度460±10℃，使锌锅中的锌液达到460±10℃后，再进行热镀锌操作。

最终产品的力学性能情况如下表所示：

钢种	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A<sub>80</sub>(％)	n<sub>0</sub>值(应力循环基数)
					标准	450～570	≥780	≥21	≥0.16
HCT780T+Z	512	897	24	0.19
					HCT780T+Z	507	894	23.5	0.18

实施例3

本实施例低成本热镀锌相变诱导塑性钢板，按重量百分比含量计，控制钢板的化学成分为C：0.19％、Si：1.4％、Mn：1.7％、P：0.012％、S：0.003％、Al：0.032％，余量为Fe。

本实施例低成本热镀锌相变诱导塑性钢板的制备方法，包括采用如下的工艺流程：

铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→加热→控轧控冷→卷取→酸洗→连续退火→热镀锌→光整→机能检验→包装出厂；

其中，控轧控冷过程的加热温度为1280℃，开轧温度为1120℃，终轧温度为950℃，轧后采用层流冷却，冷却速率为35℃/s，卷取温度为620℃。采用53％的压下率，采用预氧化工艺和露点的合理控制，保证钢板表面质量。其中，预氧化工艺为：采用O₂+N₂气氛，O₂的体积含量为2.0％，在700℃预氧化10s，该气氛的露点控制为-22℃。如图1所示，本发明含硅TRIP钢的金相组织，通过控制贝氏体相变和提高残余奥氏体稳定性保证钢的力学性能，实现兼具高强度和高塑性。

连续退火炉的流程包括：加热段→均热段→缓冷段→快冷段→均衡段，其工艺参数如下表所示：

加热段将温度升至820±10℃，均热段实现钢板温度均匀保持820±10℃，缓冷段将温度降至720±10℃、冷却速度8℃/s，快冷段将温度降至420±10℃、冷却速度24℃/s，均衡段将温度升至460±10℃，连续退火炉内速度75m/min。热镀锌的入锌锅温度460±10℃，使锌锅中的锌液达到460±10℃后，再进行热镀锌操作。

最终产品的力学性能情况如下表所示：

钢种	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A<sub>80</sub>(％)	n<sub>0</sub>值(应力循环基数)
					标准	450～570	≥780	≥21	≥0.16
HCT780T+Z	475	864	24	0.19
					HCT780T+Z	482	871	24.5	0.19

上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。