一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢及其制造方法技术

一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢及其制造方法，该钢化学成分重量百分比为：C：0.10～0.20％，Mn：1.5～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02～0.08％，N≤0.005％，O≤0.003％，Ti：0.10～0.20％，Nb：0.03～0.06％，V：0.20～0.40％，其余为Fe及不可避免的杂质，且需同时满足如下关系：0.16％≤Nb+Ti≤0.23％；0.065％≤(Ti‑3.42N‑3S)/4+V/4.24+Nb/7.74≤0.15％。本发明专利技术钢的微观组织为铁素体、贝氏体和纳米级析出碳化物，其中，铁素体等效晶粒尺寸≤5μm，贝氏体板条的宽度≤0.5μm，其抗拉强度≥1180MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥30％，表现出优异的强度、塑性和扩孔性匹配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热轧高强钢领域，具体涉及一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢及其制造方法。
技术介绍
在汽车尤其是乘用车领域，高强减薄或汽车结构轻量化已成为国际上汽车制造厂商的重要研究方向。与乘用车高强减薄和轻量化趋势不同，商用车的轻量化工作进展十分缓慢。主要原因一是由于商用车普遍超载比较严重，商用车的设计人员对结构的设计裕度很大；同时，商用车自身以及载重量均较大，采用高强钢减薄之后有时刚度难以保证；另一方面原因是由于商用车相对乘用车而言，属于价格敏感客户群，用户通常希望在钢板的强度提高的同时价格最好不要提高太多。因此，无论从对高强钢使用的需求意愿还是其自身的加工能力以及价格承受等方面都使得商用车的高强减薄和轻量化过程进展缓慢。但在有些部位仍然需要使用高强甚至超高强钢，如防撞梁等。随着节能减排要求的不断严格，商用车的加工和使用者应认清行业发展趋势，商用车的轻量化也必将是未来的一种趋势。因此，开发性能优异的高强钢也将是未来的发展趋势。抗拉强度在1180MPa以上级别的高强钢目前国内成分设计主要采用较高碳加微合金元素，在工艺上通常采用离线淬火加回火的方法。一般情况下，淬火+回火之后钢板的性能表现为屈服强度与抗拉强度比值较高，通常在0.90以上甚至接近1.0，而延伸率通常在10±1％。为保证用户冷成形加工要求，用户通常要求在保持抗拉强度在1180MPa以上的基础上，将延伸率提高至15％以上，同时还要求具有一定的扩孔性能。这对传统的组织设计思路以及淬火+低温回火工艺来说几乎是不可能实现的指标。这是因为，国内外无数的理论和试验结果已证明，采用传统的淬火+回火工艺制造1180MPa级的超高强钢，其延伸率和扩孔率指标是无法满足用户要求的。与钢板的扩孔性能有关的主要因素包括夹杂物水平、组织中各相的性能差异、组织均匀性、屈强比以及组织类型等，其中各相的性能差异起主要作用。单一铁素体或贝氏体类型的组织具有较高的扩孔性能，但其强度相对较低，难以达到超高强度；而铁素体和马氏体组织虽然具有较低的屈强比和较高的强度，但由于铁素体和马氏体两相性能差异大，其扩孔性在相同强度级别不同组织类型的高强钢中表现最差。换言之，高强度和高扩孔性往往难以兼得。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢及其制造方法，该超高强钢的抗拉强度≥1180MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥30％，表现出优异的强度、塑性和扩孔性匹配。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术复合添加Nb和Ti以保证在轧制阶段获得细小的奥氏体，以便在轧后空冷阶段获得细小的铁素体；加入较高含量的Ti和V主要目的是在热轧中温卷取阶段在贝氏体相变过程中获得大量弥散细小的纳米级碳化物，起到强烈的弥散析出强化效果；终轧结束后采用分段冷却和中温卷取工艺以获得最佳的晶粒细化和析出强化效果，从而获得具有超高强度、良好塑性和较好扩孔性能的1180MPa级热轧超高强钢。一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，其化学成分重量百分比为：C：0.10～0.20％，Mn：1.5～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02～0.08％，N≤0.005％，O≤0.003％，Ti：0.10～0.20％，Nb：0.03～0.06％，V：0.20～0.40％，其余为Fe及不可避免的杂质，且上述元素需同时满足如下关系：0.16％≤Nb+Ti≤0.23％；0.065％≤(Ti-3.42N-3S)/4+V/4.24+Nb/7.74≤0.15％。优选的，所述超高强钢的化学成分还包含0＜Si≤0.1％，以重量百分比计。优选的，所述超高强钢的化学成分中Mn：1.6～1.8％，以重量百分比计。进一步，所述超高强钢的微观组织为铁素体、贝氏体和纳米级析出碳化物，其中，铁素体等效晶粒尺寸≤5μm，贝氏体板条的宽度≤0.5μm。本专利技术所述超高强钢的抗拉强度≥1180MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥30％。在本专利技术钢板的成分设计中：C：C是钢中的基本元素，也是本专利技术的重要元素之一。C作为钢中的间隙原子，对提高钢的强度起着非常重要的作用，对钢的屈服强度和抗拉强度影响最大。在本专利技术中，为了获得抗拉强度达1180MPa级的超高强钢，除了铁素体平均晶粒尺寸必须满足≤5μm外，还必须依靠贝氏体强化以及纳米相的析出强化共同作用。本专利技术钢中C的含量至少在0.10％以上；同时碳的含量也不能太高，否则对钢的焊接性能不利。本专利技术中C的加入量与Nb，Ti和V的加入量密切相关，本专利技术成分设计的一个重要原则是除了在高温奥氏体区形成20-40nm的(Nb，Ti)(C，N)析出相之外，应保证加入的C全部与Ti和V原子相结合并在铁素体中形成大量弥散细小的纳米级(Ti，V)C析出相。这些纳米级析出相在中温卷取后的缓慢冷却过程中可有效细化贝氏体板条，起到析出强化效果。需要说明的是，尽管从理论上而言，只要C，Nb，Ti和V的添加量按照碳化物原子百分比添加，或者高于原子百分比添加就可将碳原子全部固定，从而避免形成少量的珠光体类型的组织。但实际上，Nb，Ti和V的固碳作用并不能完全发挥。因此，碳含量必须控制在0.20％以下，且与Nb、Ti和V含量之间满足：0.065％≤(Ti-3.42N-3S)/4+V/4.24+Nb/7.74≤0.15％。Si：Si也是钢中的基本元素，但在本专利技术中，Si并不是一个关键元素，其在炼钢过程起到部分脱氧的作用。另外，Si在钢中可扩大铁素体形成范围，有利于扩大轧制工艺窗口；同时Si还有较强的固溶强化效果。但，Si加入钢中后容易在轧制后的钢板表面形成不均匀分布的“红铁皮”，这些“红铁皮”在随后的酸洗过程中难以彻底去除。虽然带有“红铁皮”的钢板在后续的加工过程中对性能没有不良影响，但在构件的涂漆过程中，由于钢板表面“红铁皮”去除不彻底，涂漆之后构件表面容易产生色差，影响美观。当钢中硅的含量在0.10％以下时可完全消除“红铁皮”现象，因此，本专利技术钢中Si含量控制在≤0.10％。Mn：Mn是钢中最基本的元素，同时也是本专利技术中最重要的元素之一。Mn是扩大奥氏体相区的重要元素，可以降低钢的临界淬火速度，稳定奥氏体，细化晶粒，推迟奥氏体向珠光体的转变。本专利技术为保证钢板的高强度，Mn含量应控制在1.5％以上，Mn含量偏低，过冷奥氏体不够稳定，冷却空冷过程中易转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，其化学成分重量百分比为：C：0.10～0.20％，Mn：1.5～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02～0.08％，N≤0.005％，O≤0.003％，Ti：0.10～0.20％，Nb：0.03～0.06％，V：0.20～0.40％，其余为Fe及不可避免的杂质，且上述元素需同时满足如下关系：0.16％≤Nb+Ti≤0.23％；0.065％≤(Ti‑3.42N‑3S)/4+V/4.24+Nb/7.74≤0.15％。

【技术特征摘要】
1.一种1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，其化学成分重量百分比为：
C：0.10～0.20％，Mn：1.5～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02～0.08％，
N≤0.005％，O≤0.003％，Ti：0.10～0.20％，Nb：0.03～0.06％，V：
0.20～0.40％，其余为Fe及不可避免的杂质，且上述元素需同时满足如
下关系：
0.16％≤Nb+Ti≤0.23％；
0.065％≤(Ti-3.42N-3S)/4+V/4.24+Nb/7.74≤0.15％。
2.根据权利要求1所述的1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，其特征
在于，所述超高强钢的化学成分还包含0＜Si≤0.1％，以重量百分比计。
3.根据权利要求1所述的1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，其特征
在于，所述超高强钢的化学成分中Mn：1.6～1.8％，以重量百分比计。
4.根据权利要求1-3任一项所述的1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，
其特征在于，所述超高强钢的微观组织为铁素体、贝氏体和纳米级析
出碳化物，其中，铁素体等效晶粒尺寸≤5μm，贝氏体板条的宽度
≤0.5μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的1180MPa级析出强化型热轧超高强钢，
其特征在于，所述超高强钢的抗拉强度≥118...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕荣，杨阿娜，王巍，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31