一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法

摘要

提供一种高屈强比热镀锌结构件用钢，具有如下以重量百分比计的化学成分：C：0.02～0.10％；Si≤0.1％；Mn：0.10～0.80％；P≤0.05％；S≤0.015％；T.Al：0.01～0.10％；Nb：0.002～0.02％；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明钢材采用控制热轧和退火工艺。得到抗拉强度350～430Mpa、焊接和表面质量优良的CQ级析出强化钢。本发明钢材的成分体系低硅、低锰，且不含铬、钼等合金元素，故成本低。

权利要求

1.一种高屈强比热镀锌结构件用钢，具有如下以重量百分比计的化学成分：C：0.02～0.10％

Si：≤0.1％

Mn：0.10～0.80％

P：≤0.05％

S：≤0.015％

T.Al：0.01～0.10％Nb：0.002～0.02％

其余为Fe和不可避免的杂质，

所述高屈强比热镀锌结构件用钢的屈强比≥0.7，其制备工艺中采用退火温度为

720-820℃的退火工序和使平整延伸率为1.0±0.2％的平整工序。

2.如权利要求1所述的高屈强比热镀锌结构件用钢，其抗拉强度为350MPa～430MPa。

3.权利要求1所述高屈强比热镀锌结构件用钢的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧轧制、退火、平整和热镀锌工序，其特征在于：热轧工序中加热温度≤1250℃，终轧温度≥870℃，卷取温度为600℃～680℃；退火工序中退火温度为720-820℃；平整工序中平整延伸率为1.0±0.2％。

说明书

一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料领域，涉及热镀锌结构件用钢，特别涉及高屈强比热镀锌结构件用钢。

背景技术

[0002] 在过去的几十年里，作为汽车结构件用钢，经历了几次重要的变革与发展，最初以低碳铝镇静钢和含磷钢为主，主要通过固溶强化提高钢板强度；基于汽车结构用钢安全、减重、节能的发展潮流，使用高强度钢板已成为汽车结构用钢的发展趋势；但随着材料强度级别的升高，考虑到材料的焊接性能，不能再添加碳和磷，所以材料逐渐发展到以双相钢、析出强化钢为主，主要用低碳+适量锰的成分体系再添加钼、铬、铌、钛等合金元素通过相变强化和析出强化来实现。近几年来CQ级热镀锌析出强化钢尤其得到了广泛的应用，析出强化钢的特点是屈强比较高，具有适中的延伸率和良好的点焊性，对成形性的要求相对较低，适合制造汽车结构件和安全件，如车门的加强件、座椅的底座支撑件等。

[0003] 按照欧洲标准EN10292的规定，热镀锌析出强化钢按屈服强度大体分为260、300、340、380、420Mpa五个级别，具体牌号和性能要求如表1所示。

[0004] 表1 欧标EN10292标准热镀锌析出强化钢系列

[0005]YS级别(MPa) YS(MPa) TS(MPa) EL80(％) 备注
HX260LAD+Z/ZF 260～330 350～430 ≥26 横向
HX300LAD+Z/ZF 300～380 380～480 ≥23 横向
HX340LAD+Z/ZF 340～420 410～510 ≥21 横向
HX380LAD+Z/ZF 380～480 440～560 ≥19 横向
HX420LAD+Z/ZF 420～520 470～590 ≥17 横向

[0006] 通过国际联机查新检索的专利和相关文献表明，汽车用热镀锌析出强化钢的生产在国际上已经商业化，大多用于汽车内板和各种结构件和加强件，而强度级别为350～
430Mpa的热镀锌析出强化钢尚未见文献记载。联机检索到的相关专利文献有：CN99801687.X，“高强度薄钢板、高强度合金化热镀锌钢板及它们的制造方法”；CN02800375.6，“高强度热镀锌钢板及其制造方法”。这两篇专利文献涉及的成分体系是低碳(0.03～0.2％)、高锰
(1.0％以上)，添加了一定量的Si(0.5～1.0％)，及少量的Mo和Cr。

[0007] 由于热镀锌产品的退火是在镀锌线上完成的，要经过460℃左右的锌池，故在添加合金元素提高强度的同时，要考虑基板的可镀性及汽车结构件对表面质量的要求，Si、Mn元素过多时在退火过程中易在表面形成富集，影响镀锌时基板的浸润性，造成漏镀等镀锌缺陷。

[0008] 对于抗拉强度350～430MPa级的冷轧热镀锌汽车结构件，需要满足汽车结构件对冲压和焊接性要求，防止冲裂、回弹等。

[0009] 本发明者通过控制碳含量、降低锰含量、不加Si、Mo和Cr，添加少量微合金元素Nb的成分设计及控制生产工艺，得到抗拉强度350～430Mpa、焊接和表面质量优良的CQ级析出强化钢，从而完成了本发明。

发明内容

[0010] 本发明的第一个目的是提供一种高屈强比热镀锌结构件用钢。

[0011] 本发明的第二个目的是提供这种高屈强比热镀锌结构件用钢的制造方法。

[0012] 本发明提供的高屈强比热镀锌结构件用钢具有如下以重量百分比计的化学成分：

[0013] C：0.02～0.10％

[0014] Si：≤0.1％

[0015] Mn：0.10～0.80％

[0016] P：≤0.05％

[0017] S：≤0.015％

[0018] T.Al：0.01～0.10％

[0019] Nb：0.002～0.02％

[0020] 其余为Fe和不可避免的杂质。

[0021] 本发明的高屈强比热镀锌结构件用钢具有的抗拉强度为350Mpa～430Mpa。

[0022] 本发明的高屈强比热镀锌结构件用钢的合金设计理由如下：

[0023] C：0.02～0.10％。C是重要的固溶强化元素，可以使材料获得高的强度，但高的碳含量会使材料的冲压性和焊接性恶化，所以碳不能太高，再结合考虑材料需要达到的
350～430Mpa的强度级别和性能范围，因此碳控制在0.02～0.10％。

[0024] Si：≤0.1％。Si是铁素体固溶强化元素，极大地提高强度，但对于热镀锌钢板来说，Si含量高时在钢板表面析出产生氧化膜影响表面处理，从而降低钢板和液体锌的湿润粘附张力，会直接影响基板的可镀性，从而影响热镀锌钢板表面质量，所以Si元素控制尽
量少。

[0025] Mn：为了保证钢的综合机械性能(强度、韧性)，需要添加一定量的Mn，Mn尤其对抗拉强度影响较大。但Mn含量高时一方面会影响基板的可镀性和表面质量，同时也对焊接
性不利，所以在保证材料强度的前提下尽量减少锰元素的添加量。

[0026] T.Al：0.02～0.10％。Al的主要功能是脱氧剂，不宜过低，但过高时影响连铸生产。

[0027] P：≤0.05％。P是一种价廉的固溶强化元素，适量的P对强度是有益的，但过高时影响焊接性。所以本发明在保证材料强度的前提下尽量控制P元素；

[0028] S：≤0.015％。S在钢中易形成MnS，引起热脆，同时影响焊接性，所以S要尽量低，一般控制在0.015％以下。

[0029] Nb：0.002～0.02％。一方面Nb通过抑制再结晶细化晶粒提高材料的强度和韧性，另一方面，NbC、NbN等析出物弥散分布，通过位错的“绕过析出物”和“切过析出物”两种机理起到析出强化的作用，但考虑本发明的材料强度相对较低，抗拉强度350Mpa，所以添加了很少量的Nb元素，在降低C、Si、Mn、P元素含量的情况下保证材料的强度，同时使材料有高的屈强比(0.7以上)，从而保证材料有好的综合机械性能、良好的焊接性和表面质量。

[0030] 本发明的第二方面提供上述高屈强比热镀锌结构件用钢的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧轧制、退火和热镀锌工序，其中热轧工序控制加热温度≤1250℃，终轧温度≥870℃，卷取温度在600℃～680℃；退火工序控制温度在720℃～820℃。

[0031] 按如下以重量百分比计的化学成分进行冶炼：

[0032] C：0.02～0.10％；Si≤0.1％；Mn：0.10～0.80％；P≤0.05％；S≤0.015％；T.Al：0.01～0.10％；Nb：0.002～0.02％；其余为Fe和不可避免的杂质。

[0033] 然后通过连铸铸成板坯。

[0034] 热轧工序中控制以下参数：

[0035] 终轧温度：热轧时材料是进行完全再结晶轧制，为了避免材料进入两相区轧制导致混晶，所以终轧温度≥870℃，控制在Ar3温度之上。

[0036] 卷曲温度：卷曲温度过高，会导致晶粒粗大最终对成品材料强度影响较大。综合考虑到析出物的析出和长大，采用600～680℃的高温卷曲，以得到较细小的铁素体基体晶粒组织和尺寸适当的碳、氮析出物原始组织。

[0037] 然后按常规进行酸洗冷轧。

[0038] 退火工序如图1所示。再结晶退火温度是控制高强钢性能最为重要的工艺因素，在保证材料完全再结晶退火和奥氏体组织不粗化的前提下尽量采取低的退火温度；但考虑
到锌层的可镀性，所以退火温度不要太低。本发明的高屈强比热镀锌钢板制备方法中，临界再结晶退火温度为720～820℃。

[0039] 本发明涉及的一种抗拉强度350～430Mpa热镀锌汽车结构件的生产制造技术，具有良好的焊接性、高屈强比和优质的表面质量，基板为冷轧板，镀层分有热镀纯锌及锌铁合金化热镀锌，微观组织如图2所示为均匀的铁素体基体加沿晶界弥散析出的渗碳体。

[0040] 本发明通过控制一定量的碳含量，低的锰含量(0.3以下)，不加Si，不添加Mo和Cr，添加少量的微合金元素Nb，通过碳锰的固溶强化和NbC的析出强化的效果得到抗拉强
度350～430Mpa的析出强化钢，同时较低的Si、Mn含量使热镀锌钢板有好的可镀性从而保
证材料有高的表面质量。本发明钢种的微观组织如图2所示，为均匀的铁素体基体加沿晶
界弥散析出的渗碳体。

[0041] 本发明钢材的成分体系低硅、低锰，且不含铬、钼等合金元素，故成本低。

[0042] 本发明钢材的横向力学性能满足屈服强度260～330Mpa，抗拉强度350～430Mpa，延伸率EL80≥26％。

附图说明

[0043] 图1为热镀锌退火模拟工艺示意图。

[0044] 图2为本发明钢种的金相组织。

[0045] 图3为本发明钢种的典型拉伸曲线。

[0046] 图4为本发明钢种屈服强度和平整延伸率的关系曲线。

具体实施方式

[0047] 以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

[0048] 实施例1-8：按如下材料配比，在氧气顶吹转炉中冶炼，然后通过连铸铸成板坯，再进行热轧、酸洗、冷轧轧制、退火、热镀锌。各实施例钢材的成分、工艺和性能实绩见表2。

[0049] 表2各实施例钢材的成分、工艺、性能

[0050]C Si Mn P S T.Al Nb 终轧 卷曲 退火 σs σb δ50 屈强比
温度 温度 温度 MPa MPa ％
实施例1 0.054 0.019 0.19 0.017 0.005 0.043 0.005 870 680 740 279 372 39 0.75
实施例2 0.070 0.009 0.41 0.006 0.006 0.045 0.004 890 600 780 305 388 38 0.78
实施例3 0.083 0.012 0.54 0.006 0.003 0.055 0.010 870 650 820 345 440 35 0.78
实施例4 0.097 0.015 0.74 0.010 0.005 0.075 0.018 900 680 820 365 453 34 0.81
实施例5 0.023 0.017 0.12 0.008 0.005 0.015 0.002 870 600 720 255 350 40 0.73
实施例6 0.033 0.015 0.28 0.006 0.003 0.035 0.008 870 620 750 265 358 39 0.74
实施例7 0.045 0.013 0.38 0.008 0.004 0.065 0.015 870 650 800 289 380 38 0.76
实施例8 0.062 0.012 0.42 0.006 0.006 0.045 0.019 870 650 780 315 425 36 0.74[0051] 本发明热镀锌钢材与比较钢的化学成分范围比较见表3。

[0052] 表3本发明与比较钢的化学成分范围比较(wt％)

[0053]～
100 ％00
oM - .0 .1 -
rC - ％0.1≤ -50.0 ％1

～200 ％20 -500 ％1
bN .0 .0 - .0 .0
lA. ～20. ％01. ％1.0
T 0 0 ≤
510 ％50 ％10
.0 .0 .0
S ≤ ％ ≤ ≤

％ ％ ％
50.0 01.0 50.0
P ≤ ≤ ≤
～0 ％0 ～ ％ ～ ％
nM 1.0 8.0 0.1 0.3 4.1 5.3

％1. ％0. ％7.
0 1 0
i
S ≤ ≤ ≤
～ ％ ～ ～ ％
C 20.0 01.0 10.0 ％2.0 30.0 52.0

X.78 6.57
钢明 6108 3008
发本 99NC 20NC

[0054] 考虑到热镀锌材料的表面质量控制和减小屈服强度的波动范围，所以在试生产中对发明材料进行了平整试验，本发明钢种屈服强度和平整延伸率的关系曲线如图4所示，
当对发明材料进行1.0±0.2％的平整后，屈服波动较小，材料表面质量良好。