一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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。

截至2009年2月，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。2009年2月前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。

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、420兆帕五个级别，具体牌号和性能要求如表1所示。

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350～430兆帕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。

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。

对于抗拉强度350～430兆帕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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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350～430兆帕、焊接和表面质量优良的CQ级析出强化钢，从而完成了该发明。

图1为热镀锌退火模拟工艺示意图。

图2为《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》钢种的金相组织。

图3为《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》钢种的典型拉伸曲线。

图4为《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》钢种屈服强度和平整延伸率的关系曲线。

2016年12月7日，《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》获得第十八届中国专利优秀奖。 2100433B

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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》热镀锌钢材与比较钢的化学成分范围比较见表3。

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，《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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。

一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法专利目的

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》的第一个目的是提供一种高屈强比热镀锌结构件用钢。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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。

一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法技术方案

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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：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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》的高屈强比热镀锌结构件用钢具有的抗拉强度为350兆帕～430兆帕。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》的高屈强比热镀锌结构件用钢的合金设计理由如下：

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350～430兆帕的强度级别和性能范围，因此碳控制在0.02～0.10％。

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。

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。

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。

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《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》在保证材料强度的前提下尽量控制P元素；

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。

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《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》的材料强度相对较低，抗拉强度350兆帕，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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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℃。

按如下以重量百分比计的化学成分进行冶炼：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。

然后通过连铸铸成板坯。

热轧工序中控制以下参数：

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。

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。

然后按常规进行酸洗冷轧。

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。《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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℃。

一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法改善效果

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》涉及的一种抗拉强度350～430兆帕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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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350～430兆帕的析出强化钢，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。《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》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。

《一种高屈强比热镀锌结构件用钢及其制造方法》钢材的横向力学性能满足屈服强度260～330兆帕，抗拉强度350～430兆帕，延伸率EL₈₀≥26％。

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。

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350兆帕～430兆帕。

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℃。

一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法专利目的

《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》所要解决的技术问题是提供一种能在连续热镀锌生产线上制造抗拉强度在490～700兆帕之间、强度和延性匹配良好、可镀性能优良的高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法。

一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法技术方案

《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》在不需要复合添加Mo、Cr、B、Ni等多种贵重合金元素的情况下，控制热轧和退火镀锌工艺参数，保证钢板的高强度、两相组织和镀锌质量。

一种高强度冷轧热镀锌双相钢板，其特征在于成分按质量百分比为C：0.03％～0.15％、Si：≤0.15％、Mn：1.00％～1.75％、P：≤0.015％、S：≤0.012％、Al：0.02％～0.15％、Cr：0.35～0.75％、Cu：0.02％～0.15％、Ti0.010～0.035％、N：≤0.005％，并且满足1.5％≤Mn 1.29Cr 0.46Cu≤2.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。

组成成分优选按质量百分比：C：0.06％～0.12％、Si：≤0.10％、Mn：1.20％～1.50％、P：≤0.010％、S：≤0.008％、Al：0.050％～0.100％、Cr：0.40～0.60％、Cu：0.07％～0.10％、Ti：0.015～0.030％、N：≤0.003％，并且满足1.7％≤Mn 1.29Cr 0.46Cu≤2.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。

《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》钢种成分控制原理如下：

C：是最有效的强化元素，是形成马氏体的主要元素，直接影响临界区处理后双相钢中马氏体体积分数和马氏体中的碳含量，并决定了双相钢的硬度和马氏体的精细结构。双相钢中碳含量一般应该小于0.2％，为保证钢具有好的伸长率和良好的焊接性，该发明中碳含量控制在0.03％～0.15％。

Si：是强化铁素体的元素，促使碳向奥氏体偏聚，对铁素体中固溶碳有清除和净化作用，以避免间隙固溶强化和冷却时粗大碳化物的生成，有助于提高双相钢的延性，但为了避免Si含量过高引起钢板的浸镀性能，《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》Si控制在的0.15％以下。

Mn：属于扩大奥氏体相区，稳定奥氏体的元素，可以有效提高奥氏体岛的淬透性，因而可以降低临界区加热后获得双相钢组织和性能所必须的冷却速率，并起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，可显著推迟珠光体转变和贝氏体转变。高锰含量容易引起渗碳体、珠光体、贝氏体为主的带状组织，同时影响基板的可镀性和焊接性。《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》Mn含量控制在1.00％～1.75％。

Cr：中强碳化物形成元素，显著提高钢的淬透性，能强烈推迟珠光体转变和贝氏体转变，增大奥氏体的过冷能力，从而细化组织，起到强化效果。另外，钢中的铬元素能促进锌液对钢的侵蚀。《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》Cr的含量控制在0.35％～0.75％。

Al：Al在双相钢中所起的作用与Si相似，同时Al还可以形成AlN析出，起到一定的细化晶粒作用。由于《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》钢中硅含量低，因此少量铝的存在，在保证强度的前提下，可提高双相钢的延性，同时Al是主要的脱氧剂，不宜过低，但过多簇状氧化铝内夹杂物增多，使钢的延展性变差，又会影响炼钢和连铸生产，该发明中Al含量控制在0.02％～0.15％。

Cu：是对钢强化的有效元素和提高钢的耐腐蚀性元素。在退火后的冷却过程中能抑制珠光体的生成，并且促使马氏体生成。另外，铜能促进钢内部氧化而提高镀层粘合性。发明中Cu含量控制在0.02％～0.15％。

Ti：强碳化物形成元素，具有脱氧和固碳、氮的作用。它能与钢中游离的碳和氮结合形成TiC和TiN，从而可改善碳和氮对钢引起的时效现象，另外钢中的钛可将酸洗或氢还原时吸入钢基体中的氢气固定，使之在热镀锌时不致逸出，从而可防止氢气对镀锌层的不利影响。《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》中Ti含量控制在0.010％～0.035％。

N：是劣化钢的耐常温时效性元素，尽量减少其含量，《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》中N含量控制在0.005％以下。

P，S：为钢中的有害元素。P易在晶界上偏聚引起脆化，使耐冲击性变差，并对焊接不利。S在钢中易形成MnS等夹杂物，热引起热脆，并且S对焊接性影响较大。《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》中P，S含量分别控制在0.015％和0.012％以下。

一种高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，首先上述成分转炉冶炼，炉外精炼后浇铸成170～230毫米厚的板坯，再进行热连轧、冷酸连轧；在连续镀锌线上退火镀锌，从均热温度冷却至锌池温度进行热浸镀，完成浸镀后冷却至室温，制得高强度热镀锌双相钢。

热连轧时，将板坯加热到1250～1350℃，保温120-180分钟，精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为890～950℃，卷取温度620～700℃，得到显微组织为铁素体和珠光体的热轧卷板。热轧卷板厚度为2.0～6.5毫米。

热轧卷板经酸洗后冷轧成冷轧薄板，冷轧压下率为60～80％，冷轧卷板厚度为0.5～2.5毫米。

在连续镀锌线上退火时，加热段末段钢带的温度为810～830℃，均热段温度为740～780℃，均热时间为30～120秒，炉内保护气体露点温度为-20～-55℃。

退火后采用2段冷却，冷却1段将钢板从均热温度冷却到660-710℃，冷却速率为3～12℃/秒，冷却2段再将钢板冷却到450～490℃，冷却速率为10～25℃/秒。

然后进锌池镀锌，锌池温度为450～490℃，镀锌时间为5～20秒，镀锌结束后冷却至室温，终冷速率为5～25℃/秒。

《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》选择上述各特征中工艺参数的原因如下：

将厚度为170～230毫米的板坯加热，均热温度控制在1250～1350℃之间，均热时间为120-180分钟，是为了防止温度过高导致板坯的过烧和过热，并使板坯的组织和成分均匀化。

精轧开轧温度控制在1000～1100℃之间，是为了精轧的前几个机架实现再结晶区轧制，降低前几个机架大压下量下的轧制负荷。

终轧温度控制在890～950℃之间，是为了合金元素固溶，在退火镀锌中析出以细化晶粒。同时Ar3以上的高温终轧有利于组织均匀性，防止出现严重的带状组织。

卷取温度控制在620～700℃之间，是因为在此温度区间下高温卷取，在随后的共析转变中容易生成较粗大而弥散分布的碳化物，并且C、Mn等元素在珠光体中明显富集，可以提高退火镀锌时奥氏体的淬透性，弥补连续镀锌设备快冷能力的不足。

热轧卷板后酸洗后冷轧压下率控制在60～80％之间，是为充分发挥冷轧机轧制能力。冷轧压下率低于60％，冷轧效率低，冷轧压下率高于80％，加工硬化加强，冷轧变形抗力增加，易造成冷轧机组负荷超限。另外，此压下率下钢组织中的珠光体团间距减小和珠光体被破碎得较充分，为镀锌退火过程中的晶粒细化提供条件。

连续热镀锌退火线均热段长度通常为冷轧退火线均热段的1/3左右，在同样走带速度的前提下其均热时间也大大缩短。为生产同样强度级别的双相钢，在减少均热时间的同时就要求相对高的均热温度，《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》为降低均热温度节约能源，特采用将加热区末段温度控制在810～830℃之间，即“高加热终止温度、低均热温度”的工艺方法（见附图1）。均热温度控制在740～780℃之间，均热时间为30～120秒，为使钢的组织奥氏体化及C、Mn等合金元素从铁素体中向奥氏体中扩散，提高铁素体的纯净度，降低钢的屈服强度。均热温度低于740℃，钢的组织奥氏体化程度不够，冷却时不能得到合适的马氏体含量。

炉内保护气体露点控制在-20～-55℃之间，是因为在此露点范围锌液浸润性稳定且易于控制。露点低于-55℃控制难度加大，但高于-20℃时平衡浸润张力及浸润速率均急剧下降。

在连续镀锌线上冷却1段将钢带从均热温度冷却到660～710℃，冷却速率为3～12℃/秒，是为调节钢中奥氏体的数量和分布，改善合金元素在奥氏体和铁素体中的分布形态。冷却2段以10～25℃/秒的冷却速率，将钢板冷却到450～490℃，是为避开珠光体和贝氏体转变进入锌池镀锌。

锌池温度控制在450～490℃，是为锌池保持与钢带相同的温度镀锌，减少了钢带与锌液之间的热传导，有利于提高生产效率。根据钢带运行速度，钢带在锌池镀锌时间为5～20秒。镀锌完毕后以5～25℃/秒的终冷速率冷到室温，为使钢发生低温转变，得到铁素体和马氏体两相组织的双相钢。

一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法改善效果

《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》冶炼时通过减少Si元素的添加量，同时添加一定量的Cr、Ti、Cu合金元素，得到的钢合金元素组成相对较少；轧制时通过控轧控冷得到合理组织组成和板形优良的镀锌基板；连续退火镀锌时采用加热末段到均热段的微缓冷和快冷段两次快冷等方式，最终得到抗拉强度在490～700兆帕之间，强度和延性匹配良好，可镀性能优良，厚度在0.5～2.5毫米之间，可用作汽车覆盖件、内板和结构件等的冷轧热镀锌双相钢板。

《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》属于汽车用冷轧高强度薄板技术领域，提供了一高强度级冷轧热镀锌双相钢及其制造方法。

2016年12月7日，《一种高强度冷轧热镀锌双相钢板及其制造方法》获得第十八届中国专利优秀奖。