一种160MPa级高成形性经济型IF钢及其制备方法与流程

本发明涉及超低碳if钢制造，更具体地，涉及一种160mpa级高成形性经济型if钢及其制备方法。

背景技术：

1、if钢（interstitial-free steel，无间隙原子钢）是在超低碳钢中添加ti或nb等强碳氮化物形成元素，将钢中间隙原子c、n完全固定为碳氮化合物，从而获得无间隙原子的洁净铁素体钢。if钢具有极其优异的深冲性能、高延伸率、高塑性应变比（r值）、高加工硬化指数（n值）以及无时效性等优势，已成为汽车外覆盖件、复杂结构件及高档家电面板等深冲领域的主导材料。

2、随着汽车轻量化和性能要求的不断提升，不同部件对if钢的性能需求呈现差异化：外覆盖件追求极限深冲性能（屈服强度≤130mpa），而内板、结构件及部分家电部件则需要在保证良好成形性的同时具备更高的强度（屈服强度约160mpa）以满足抗凹性和部件刚度的要求。然而，现有if钢产品在实现160mpa强度级别时，普遍面临强度与成形性相矛盾的技术难题，通过添加p、mn、si等固溶强化元素或提高ti含量以析出强化方式提升强度，虽可使屈服强度达到160mpa以上，但会导致r值显著下降（通常降至2.5以下），延伸率降低，深冲性能恶化，难以满足复杂成形件的加工要求。现有技术在160mpa强度级别上难以兼顾较高的r值（≥2.9）和优异的延伸率，主要受限于：单一固溶强化或析出强化体系对织构发展的抑制作用；热轧工艺中卷取温度与析出物尺寸控制不当，导致细小析出物钉扎晶界阻碍γ织构形成；退火工艺缺乏针对中强度级别的精准调控，无法在获得再结晶组织的同时保留足够的有利织构比例。

3、目前公开的if钢方面专利和文献虽多，但大部分合金设计上采用单一微合金化或简单复合微合金化，机理上固溶强化元素与高成形性的矛盾效应。

4、中国专利cn118703877a公开了一种超深冲if钢及其制备方法。成分组分为c：0.0015%~0.003%，si：≤0.05%，mn：≤0.4%，p：≤0.025%，s：≤0.025%，al：0.02%~0.1%，ti：0.02%~0.10%，nb：0.015%~0.025%，n≤0.005%，余量为fe和不可避免的杂质。该专利r值仅1.98~2.23、延伸率仅34%~37%，且强度级别偏低。

5、中国专利cn113802062a公开了一种b微合金化高延伸率低屈服强度if钢。成分组分为c：≤0.0020%，si：≤0.010%，mn：≤0.08%，p≤0.008%，s：≤0.006%，n≤0.0020%，als：0.015%～0.045%，ti：0.040%～0.054%，b：0.0008%～0.0020%，余量为fe和不可避免的杂质。该专利成分设计中其通过添加微量b与n结合形成bn，减少了间隙原子含量，但该专利仍主要依赖ti固定c、n，采用了比较单一的ti微合金化处理，在织构调控方面存在明显的局限性；r值仅能达到2.65-2.85。

6、中国专利cn119776727a公开了一种低成本320mpa级汽车板用热镀锌if钢及制备方法。成分组分为c：≤0.003%，si：≤0.035%，mn：0.1%~0.3%，p：≤0.02%，s：≤0.015%，ti：0.03%~0.08%，b：0.0001%~0.0008%，余量为fe及不可避免的杂质；该专利r值仅≥2.0、延伸率仅≥37%，深冲性能显著不足，无法满足复杂成形零件对高r值（≥2.8）的需求；且该专利采用的是连续退火工艺。

7、中国专利cn118147537a公开了一种屈服强度180mpa级高屈强比if钢及其生产方法。成分组分为c：≤0.004%，si：0.11%~0.15%，mn：0.30%~0.40%，als：0.025%~0.050%，p：0.041%~0.055%，s：≤0.015%，n：≤0.004%，ti：0.05%~0.07%，b：0.0004%~0.0012%，余量为fe及不可避免的杂质；该专利成分设计中仅采用了比较单一的微ti处理，且c、n元素含量较高，其r值仅为2.60-2.95，且屈服强度偏高（≥180mpa），无法满足160mpa级别对成形性的更高要求；且该专利采用的是连续退火工艺。

8、中国专利cn115478143a公开了一种超短流程近终形实现if钢铁素体轧制的方法。成分组分为c：0.0001%~0.005%，si：0.001%~0.02%，mn：0.01%~0.20%，p：≤0.02%，s：≤0.005%，n：≤0.005%，als：<0.001%，ca：≤0.0050%，nb：0.02%~0.08%，总氧[o]：0.007%~0.020%，其余为fe和其它不可避免的杂质；该专利成分设计中c、si、mn、p固溶强化元素含量控制较为宽泛；该专利热轧工艺采用奥氏体+铁素体两阶段轧制工艺；此外，该专利未有后续的冷轧退火流程工艺，导致其综合性能较差。

9、中国专利cn117551938a公开了一种高强if钢热镀锌钢板及其制备方法。成分组分为c：0.003%~0.012%，mn：0.3%~1.0%，si：≤0.05%，p：≤0.03%，s：≤0.005%，als：0.02%~0.07%，n：≤0.003%，b：0.0003%~0.0008%，ti：0.02%~0.09%，其余为fe和其它不可避免的杂质；该专利成分设计中c、si、mn、p固溶强化元素含量控制较为宽泛且添加含量较高，且通过tic析出强化获得较高的强度（屈服强度≥230mpa），同时该方案为追求强度而牺牲了深冲性能，其r值仅为1.85-2.02；且该专利采用的是连续退火工艺。

10、中国专利cn120700406a公开了一种低碳排放高性能if钢板及制备方法。成分组分为c：≤0.0030%，s：≤0.0060%，si：≤0.030%，mn：≤0.2%，n：0.0030%~0.006%，al：0.060%~0.12%，ti：0.030%~0.080%，nb：0.0015%~0.030%，b：≤0.0008%，cu：≤0.12%，sn：≤0.01%，cr：≤0.15%，ni：≤0.08%，la+se：0.001%~0.02%。该专利屈服强度偏高、r值仅≥2.2，强度与成形性匹配不佳，更侧重于低碳排放而非深冲性能；热轧工艺上采用铁素体轧制工艺；且该专利采用的是连续退火工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的160mpa强度级别if钢生产中，因单一强化体系及热轧、退火工艺缺乏精准调控导致细小析出物钉扎晶界阻碍γ织构形成，从而造成r值显著下降、延伸率降低、难以兼顾较高强度与优异深冲成形性的上述缺陷，提供一种160mpa级高成形性经济型if钢及其制备方法，通过成分与工艺的协同创新，生产的if钢实现强度与成形性的协同提升，在低成本条件下实现了屈服强度为145~170mpa；抗拉强度为305~335mpa；塑性应变比r值≥2.9；延伸率a80为47%~51%；加工硬化指数n值为0.24~0.28，可广泛应用于汽车内板、结构件及高性能家电面板等领域。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种160mpa级高成形性经济型if钢，包括以下重量百分比的组分：c≤0.0020%，si≤0.010%，mn：0.08%~0.12%，p：0.012%~0.020%，s≤0.006%，als：0.020%~0.040%，ti：0.035%~0.055%，v：0.008%~0.014%，b：0.0004%~0.0008%，ca：0.001%~0.003%，n≤0.0025%，余量为fe及不可避免的杂质。

4、本发明还公开了一种如上述的160mpa级高成形性经济型if钢的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱脂、罩式退火和光整；所述制备方法包括步骤如下：

5、所述热轧中，将铸坯直接热装送入步进式加热炉加热，板坯加热温度为1160~1180℃；保温时间≥160min；粗轧终轧温度为1060~1100℃，累计压下率为70%~85%；精轧终轧温度为900~930℃；精轧累计压下率为85%~95%；轧后采用层流冷却，冷却速度为30~50℃/s；卷取温度为690~720℃；

6、所述罩式退火中，采用全氢保护气氛，以200~300℃/h的升温速率加热至400~500℃，随后以50~70℃/h的升温速率加热至650~670℃，再以30~40℃/h的升温速率加热至700~720℃，并在此温度区间保温6~8h，之后以25~35℃/h的冷却速度缓慢冷却至450~500℃，最后带罩缓冷至室温。

7、实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

8、本发明突破传统if钢成分设计思路，采用ti-v-ca-b经济型复合微合金化体系，在保证基体纯净度的同时降低合金成本；提出v/ti和ca/s双比例控制参数，优化复合析出与硫化物球化，优化其深冲性能。针对v(c,n)低温析出特性，采用690~720℃中温卷取工艺，促使v(c,n)弥散析出、tic尺寸适中，获得析出强化效果，同时保留足够形变储能；同时匹配设计的罩式退火工艺，避免了v(c,n)回溶，将晶粒细化，缩短了退火周期且降低能耗。通过上述成分与工艺的系统性协同，本发明在低成本条件下实现了屈服强度为145~170mpa、抗拉强度为305~335mpa、塑性应变比r值≥2.9、延伸率a80为47%~51%、加工硬化指数n值为0.24~0.28的优异性能组合，可广泛应用于汽车内板、结构件及高性能家电面板等领域。

9、本发明同现有技术相比，有益效果如下：

10、1）本发明突破传统if钢强化思路，采用ti-v-ca-b经济型复合微合金化体系。在保证性能的前提下降低成本，显著提升了产品的市场竞争力。

11、2）本发明提出v/ti和ca/s比控制参数。v/ti=0.15~0.35实现析出强化与γ织构发展的最佳平衡；ca/s=0.5~2.0显著改善各向异性。同时配合ti/(c+n)=12~18、als/n=15~20，建立了低成本体系下的成分-组织-性能定量关联，确保性能稳定可控。

12、3）本发明针对v(c,n)低温析出特性，创新性地采用中温卷取工艺，与ti-v复合微合金化成分形成精准协同。中温卷取促使v(c,n)在铁素体区弥散析出、tic尺寸适中，获得析出强化，同时保留足够形变储能为后续退火γ织构发展提供驱动力。

13、4）本发明采用两段中等升温+适中保温的退火工艺，该工艺既避免v(c,n)析出物回溶，保留析出强化效果，又获得细晶强化效果；同时退火周期缩短、能耗降低，实现了高性能与高效率的统一。