450MPa级热镀锌双相钢及其生产方法
阅读说明：本技术 450MPa级热镀锌双相钢及其生产方法 (450 MPa-grade hot-galvanized dual-phase steel and production method thereof ) 是由 余灿生 郑之旺 周伟 王敏莉 郑昊青 苏冠侨 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种450MPa级热镀锌双相钢及其生产方法,属于冷轧板带生产技术领域。所述双相钢化学成分按质量百分比为：C 0.03％～0.10％,Si 0.20～0.60％,Mn 1.20％～2.00％,P≤0.020％,S≤0.010％,Als 0.015％～0.070％,N≤0.0060％,其余元素是Fe及不可避免的杂质；其微观组织按体积百分比为：铁素体90～96％、马氏体4～10％。制备方法包括冶炼、热轧、酸轧和热镀锌步骤。本发明双相钢的生产方法采用稀疏冷却方式有利于组织性能的稳定控制；明确了除鳞、机架间冷却水的开闭方式,有利于获得良好的表面质量。配合以冶炼、热镀锌工艺获得了450MPa级热镀锌双相钢板的良好力学性能及表面质量,具有良好的市场竞争力。(The invention discloses 450 MPa-grade hot-galvanized dual-phase steel and a production method thereof, belonging to the technical field of cold-rolled strip production. The dual-phase steel comprises the following chemical components in percentage by mass: 0.03-0.10% of C, 0.20-0.60% of Si, 1.20-2.00% of Mn, less than or equal to 0.020% of P, less than or equal to 0.010% of S, 0.015-0.070% of Als, less than or equal to 0.0060% of N, and the balance of Fe and inevitable impurities; the microstructure comprises the following components in percentage by volume: 90-96% of ferrite and 4-10% of martensite. The preparation method comprises the steps of smelting, hot rolling, acid rolling and hot galvanizing. The production method of the dual-phase steel adopts a sparse cooling mode, which is beneficial to the stable control of the structure performance; the open-close mode of the cooling water between the descaling machine frame and the machine frame is determined, and the good surface quality is obtained. The high-strength zinc-plated dual-phase steel plate with 450MPa grade is obtained by matching with smelting and hot-dip galvanizing processes, has good mechanical property and surface quality, and has good market competitiveness.)
技术领域
本发明属于冷轧板带生产技术领域，具体涉及一种450MPa级热镀锌双相钢及其生产方法。
背景技术
随着汽车轻量化的不断发展及乘员安全性要求的不断提高，近年来高强钢在汽车白车身中的比例及用量快速增加，双相钢因其具有高强度、低屈强比和良好的成形性，越来越受到汽车工业界的青睐，在汽车上应用比例在不断提高。与冷轧双相钢相比，镀锌双相钢还具有优良的防腐性能，能保证汽车具有良好的耐锈蚀穿孔能力，目前主要应用于中高级轿车的结构件和加强件。随着热镀锌机组装备能力的不断提升，大部分具备了预氧化-还原功能，高温段缓冷及出锌锅后强风冷的能力，为进一步降低成本、提升性能提供了可能性。
CN108754343A公布了一种450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板及其制造方法，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.05～0.08％、Si≤0.005％、Mn：0.70～1.00％、P≤0.005％、S≤0.003％、Als：0.010～0.050％、Cr：0.20～0.40％和Mo：0.05～0.20％，余量为Fe及不可避免杂质。其轧制工艺采用900～930℃终轧、620～660℃卷取、冷轧压下率为62～75％；镀锌采用760～800℃均热其中退火炉内气氛露点控制在-40℃以下，氧含量≤2ppm、锌锅温度为460～480℃锌液成分中Al含量为0.100～0.105wt％、控制其合金化温度为480～500℃，保温时间为10～25s，镀层铁含量为9～11wt％，光整率为0.4～0.6％，控制合金化后钢板表面粗糙度为0.5～1.2μm，表面PC值为100～150个/cm。该专利添加了贵重合金元素Cr、Mo等，不但增加了合金成本，同时提高了再结晶温度使得镀锌时两相区温度升高，增加了工艺成本。此外，该专利仅对开轧温度、终轧温度和卷取温度进行介绍，未明确冷却路径、热轧精轧压下量等，不利于组织性能与表面质量的稳定控制。
CN105369135A公布了一种450MPa级轿车用镀锌双相钢及生产方法，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.04～0.09％，Si≤0.01％，Mn：1.0～2.0％，P≤0.015％，S≤0.010％，Als：0.01～0.08％，Mo：0.01～0.30％，Cr：0.01～1.0％，Nb：0.001～0.03％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。轧制工艺为：890～920℃终轧、580～620℃精轧、冷轧压下率为45～75％；热镀锌工艺为：退火温度：770～810℃，退火炉内露点控制在-40℃以下，氧含量≤3ppm；锌液温度控制在455～465℃，锌液中铝含量控制在0.18～0.23％，Fe≤0.009％、光整延伸率控制在0.7～1.1％。该专利添加了贵重合金元素Cr、Mo、Nb等不但增加了合金成本，同时提高了再结晶温度使得镀锌时两相区温度升高，增加了工艺成本。此外，该专利仅对开轧温度、终轧温度和卷取温度进行介绍，未明确冷却路径、热轧精轧压下量等，不利于组织性能与表面质量的稳定控制。
CN106011644B公布了一种高伸长率冷轧高强度钢板及其制备方法，按重量百分比计的化学成分为：C：0.03～0.05％，Si：0.40～0.50％，Mn：1.35～1.50％，Al：0.030～0.050％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。热轧开轧温度为1000～1100℃、终轧温度为850～950℃、卷取温度为610～690℃。冷轧采用50～70％冷轧压下率，并采用780～820℃均热后依次缓慢冷却至640～680℃，其缓冷速率(CR1)为1～7℃/s，随即快速冷却至过时效温度240～345℃，其快冷速率(CR2)为10～30℃/s，最后冷却至室温，从而获得高伸长率冷轧高强度钢板。该专利为连续退火生产普冷双相钢而非热镀锌双相钢，没有考虑到进入锌锅的中温转变区保温过程。
CN104233068A公布一种抗拉强度为440MPa的热镀锌钢板及其生产方法，按重量百分比计的化学成分为：C：0.0036～0.0049％，Si≤0.020％，Mn：1.55～1.75％，Al：0.015～0.030％，Nb：0.015～0.035％，P：0.078～0.095％，S≤0.00:3％，Ti：0.025～0.035％，B：0.0010～0.0014％，N≤0.003％余量为Fe及不可避免杂质。热轧采用920～940℃终轧和580～600℃卷取后，热镀锌采用810～830℃均热。该专利采用超低碳(0.0036～0.0049％C)路线，冶炼时需要经过真空RH炉增加了工序成本，添加了大量的Mn、Nb、Ti、B元素，使得合金成本增加，同时显著提高了再结晶温度(均热温度为810～830℃)，工艺成本高。最为重要的是其采用了磷(P)强化(P：0.078～0.095％)，容易产生晶界偏聚，虽然延伸率可能还不错，但成形效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力学性能以及表面质量良好的450MPa级热镀锌双相钢。
为了实现上述目的，本发明首先提供了一种450MPa级热镀锌双相钢，其化学成分按质量百分比为：C 0.03％～0.10％，Si 0.20～0.60％，Mn 1.20％～1.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als 0.015％～0.070％，N≤0.0060％，其余元素是Fe及不可避免的杂质；其微观组织按体积百分比为：铁素体90～96％、马氏体4～10％。
其中，上述的450MPa级热镀锌双相钢，所述双相钢的化学成分按质量百分比为：C0.04％～0.07％，Si 0.40～0.55％，Mn 1.60％～1.75％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als0.03％～0.050％，N≤0.0060％，其余元素是Fe及不可避免的杂质。
其中，上述的450MPa级热镀锌双相钢，所述铁素体的平均晶粒尺寸为7～9μm。
本发明还提供了上述的450MPa级热镀锌双相钢的生产方法，包括以下步骤：
a.冶炼：根据450MPa级热镀锌双相钢的化学成分进行冶炼，铸成板坯；
b.热轧：将步骤a得到的板坯经过加热、除磷、初轧、精轧和层流冷却后获得热轧卷；层流冷却采用稀疏冷却方式，上下表面冷却速率为50％和75％，中间温度为700～750℃，卷取温度为560～620℃；
c.酸轧：将步骤b得到的热轧卷经过酸洗后，冷轧成为冷轧薄带钢；
d.热镀锌：将步骤c得到的冷轧薄带钢加热至740～780℃；均热保温50～120s后以1～5℃/s的速率缓慢冷却至680～740℃，再以10～25℃/s的速率快速冷却至450～470℃，然后进入锌池进行镀锌处理3～10s，出锌池后以≥5℃/s的速率冷却至室温。
其中，上述的450MPa级热镀锌双相钢的生产方法，步骤b中，加热温度为1200～1250℃，精轧开轧温度为1030～1150℃，精轧终轧温度为850～950℃；精轧压下率≥85％。
其中，上述的450MPa级热镀锌双相钢的生产方法，步骤b中，加热后进行初轧除磷，除鳞压力≥15Mpa；精轧入口保持≥15Mpa的除磷压力进行除磷。
其中，上述的450MPa级热镀锌双相钢的生产方法，步骤c中，冷轧压下率为55％～77％。
其中，上述的450MPa级热镀锌双相钢的生产方法，步骤d中，冷轧薄带钢加热采用分段加热的方式，首先以15～20℃/s的加热速率加热至300℃，再以8～12℃/s的加热速率加热至700℃，最后以3～6℃/s的加热速率加热至740～780℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明生产的450Mpa级热镀锌双相钢适当提高了Si含量，一方面利用了其固溶强化效果降低了贵重元素的添加，另一方面利用了Si抑制渗碳体的特性使得在热镀锌过程中C向奥氏体中富集提高了淬透性。热轧采用低温卷取方式细化了晶粒、防止了变卷缺陷的发生(相变导致)，获得了更加显著的细晶强化效果。同时采用稀疏冷却方式更有利于组织性能的均匀性，从而获得更加稳定的力学性能；明确了除鳞、机架间冷却水的开闭方式，确保了热轧氧化铁皮清理效果，有利于获得良好的表面质量。未添加Cr、Mo、Nb、Ti等贵重合金元素一方面降低了生产成本，另一方面降低了再结晶温度，配合以较大的冷轧压下量(55～77％)增大形变储能，使得采用相对较低的均热温度(740～780℃)即可获得良好的力学性能，进一步降低了生产工艺成本，获得了450MPa级热镀锌双相钢板的良好力学性能及表面质量，具有良好的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相组织图；
图2为本发明实施例1的SEM扫描电镜图。
图3为本发明实施例1的钢带表面示意图。
图4为本发明实施例1的镀层表面质量示意图。
具体实施方式
具体的，一种450MPa级热镀锌双相钢，其化学成分按质量百分比为：C 0.03％～0.10％，Si 0.20～0.60％，Mn 1.20％～2.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als 0.015％～0.070％，N≤0.0060％，其余元素是Fe及不可避免的杂质；其微观组织按体积百分比为：铁素体90-96％、马氏体4-10％。
C作为双相钢最重要的组分之一，决定了钢板的强度、塑性和成形性能。C是钢铁材料中固溶强化效果最明显的元素，钢中固溶C含量增加0.1％，其强度可提高约450MPa。C含量过低时，奥氏体的稳定性和马氏体淬硬性下降，导致强度偏低，双相钢中一般不低于0.02％；C含量过高时，双相钢的塑性和焊接性能下降，双相钢中一般不高于0.15％。因此，本发明C含量为0.03％～0.10％，优选为0.04～0.07％。
Si在钢中起显著的固溶强化作用，并在相变过程中，有效抑制碳化物的析出，推迟珠光体转变等，但Si含量过高，会显著增加薄规格轧制时的变形抗力，不利于薄规格轧制，硅能提高碳元素的活度，促进碳在富锰区的偏聚。在两相区保温时，有加速碳向奥氏体扩散的作用，对铁素体有显著的净化作用，提高了双相钢中铁素体纯净度，促进铁素体的形成，扩大铁素体形成的工艺窗口，从而得到较低的屈强比。另一方面，硅含量过高会提高马氏体的脆性，造成韧性变差，并在钢板表面形成的高熔点氧化物而影响钢板表面质量，需要尽量降低钢中的硅含量。因此，本发明Si含量为0.20～0.60％，优选为0.40～0.55％。
Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是钢中常用的固溶强化元素，双相钢中一般不低于1.20％。Mn既可与C结合形成多种碳化物起到沉淀强化的作用，也可溶于基体中增强固溶强化效果。Mn易与S结合形成高熔点化合物MnS，从而消除或削弱由于FeS引起的热脆现象，改善钢的热加工性能。Mn可以提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而显著降低马氏体的临界冷却速率。但Mn含量过高时，易在退火过程中向表面富集，形成大量锰化物，从而导致表面镀锌质量下降。因此，在本发明中Mn含量为1.20％～2.00％，优选为1.60～1.75％。
Al是钢中常见的脱氧剂，同时可以形成AlN钉扎晶界，从而起到细化晶粒的作用；另外，Al与Si作用相似，可以抑制碳化物析出，从而使奥氏体充分富碳。因此，本发明中Al含量为0.015％～0.070％，优选为0.03～0.05％
本发明还提供了上述450MPa级热镀锌双相钢的生产方法，包括以下步骤：
a.冶炼工序：根据450MPa级热镀锌双相钢的化学成分进行冶炼，通过铸造成板坯；
b.热轧工序：将板坯加热至1200～1250℃在炉时间≥250分钟，从加热炉出来初轧除鳞，其除鳞压力≥15MPa且保证所有除鳞喷嘴无堵塞现象；精轧入口依然保持≥15MPa的除鳞压力进行除鳞，精轧机组各道次机架水全开且保持角度一致无堵塞现象，精轧终轧温度为850～950℃；精轧压下率≥85％；层流冷却采用稀疏冷却方式，上下表面冷却速率为50％和75％，中间温度为700～750℃,卷取温度为560～620℃。
c.酸轧工序：将热轧卷经过酸洗后，冷轧成为冷轧薄带钢，其冷轧压下率为45％～67％
d.热镀锌工序：冷轧薄带钢先分别以15～20℃/s、8～12℃/s和3～6℃/s的加热速率分段加热至300℃、700℃和740～780℃；均热保温50～120s后分别以1～5℃/s及10～25℃/s的速率，依次缓慢冷却至680～740℃和快速冷却至450～470℃后，进入锌池进行镀锌处理，其时间为3～10s，出锌池后以≥5℃/s的速度冷却至室温。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1：本实施例提供了两组低成本450MPa级热镀锌双相钢，其化学成分如表1所示：
表1实施例1冷轧双相钢化学成分(wt.％)
编号
C
Si
Mn
P
S
N
Als
1
0.055
0.42
1.70
0.010
0.002
0.0024
0.045
2
0.060
0.44
1.75
0.012
0.001
0.0036
0.042
上述低成本450MPa级热镀锌双相钢的制备方法，具体工艺如下：
A、冶炼工序：经过冶炼工艺，制备如表1所示化学成分的双相钢板坯；
B、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，具体热轧工艺参数如表2所示：
表2实施例1冷轧双相钢热轧主要工艺参数
C、酸轧工序：将热轧卷酸洗后，冷轧成薄带钢，其中编号1的薄带钢冷轧压下率为62.5％；编号2的冷轧压下率为61.0％；
D、热镀锌工序：冷轧薄带钢先分别以15～20℃/s、8～12℃/s和3～6℃/s的加热速率分段加热至300℃、700℃和750～770℃；均热保温50～120s后分别以1～5℃/s及10～25℃/s的速率，依次缓慢冷却至680～740℃和快速冷却至450～470℃后，进入锌池进行镀锌处理，其时间为3～10s，出锌池后以≥5℃/s的速度冷却至室温。具体热镀锌工艺参数如表3所示：
表3实施例1连续退火主要工艺参数
编号
退火温度/℃
缓冷速率/℃/s
快冷开始温度/℃
快冷速率℃/s
入锌池温度/℃
1
761
1.2
697
18
458
2
768
1.3
710
22
451
图1为本发明实施例1金相组织图，图2为本发明实施例1的SEM扫描电镜图，从图中可知本发明的双相钢显微组织由约95％的铁素体(平均晶粒尺寸为8.0μm)和约5％呈岛状分布的马氏体构成。
参照公开文件CN 108754343 A、CN 105369135 A、CN 106011644 B、CN104233068A的工艺制得产品作为四组对比实例，按照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》测试上述产品，其力学性能如下表4所示：
表4实施例与对比实例钢力学性能
编号
屈服强度/MPa
抗拉强度/MPa
延伸率A<sub>80</sub>％
屈强比/％
1
328
509
33.5
64.4
2
303
512
35.0
59.2
CN 108754343 A
265
477
33.0
55.6
CN 105369135 A
275
490
30.5
56.1
CN 106011644 B
318
496
36.8
64.1
CN 104233068A
320
455
35.0
70.3
如表4所示，本发明双相钢的屈服强度为310～355MPa，抗拉强度为480～530MPa，伸长率A80为31.0～36.0％。
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