一种Nb系210MPa级高强深冲钢的制备方法与流程

本发明涉及冶金及金属材料，尤其涉及一种nb系210mpa级高强深冲钢的制备方法。

背景技术：

1、在汽车轻量化技术发展趋势下，210mpa级高强深冲钢（如b210p1钢种）广泛应用于车门内板、地板、座椅骨架及结构加强件等零部件的制造。该类钢种需在满足屈服强度210mpa级的前提下，同时具备优异的深冲性能（以塑性应变比r值和加工硬化指数n值表征），以适应复杂形状零件的一次成形需求，减少回弹并降低模具损耗。

2、前，210mpa级高强深冲钢的主流技术路线为nb+ti复合微合金化。其中，nb元素通过细晶强化与nbc析出强化提高钢基体强度，同时nb的固溶拖曳作用可适度提高再结晶温度，促进退火过程中{111}再结晶织构的发展，从而改善r值；ti元素则主要通过形成tic、tin及ti的碳氮化物固定钢中的间隙原子c、n，消除屈服平台，降低屈强比，进而改善深冲性能并提高抗时效性。

3、然而，nb与ti复合添加导致析出相体系复杂化，退火工艺敏感度高。ti优先与n、c结合的行为改变了nb的固溶与析出热力学路径，使钢中析出相类型涵盖tin、tic、nbc、nbn及(ti,nb)(c,n)混相，尺寸分布范围宽，控制窗口窄。在轧制及退火过程中，不同析出相的溶解、再析出及晶界钉扎行为差异显著，导致再结晶温度波动，批量生产时力学性能及深冲性能稳定性差。

4、为此，本发明提出一种纯nb系高强深冲钢的制备方法，旨在利用纯nb系的独特优势，结合生产工艺优化，确保钢材在达到210mpa屈服强度的基础上，兼具良好的成形性能，同时减小钢卷头中尾性能波动，降低产品对工艺的敏感性，使其性能更加稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种nb系210mpa级高强深冲钢的制备方法，旨在解决现有技术中采用nb+ti复合微合金化导致的退火工艺窗口窄、力学性能及深冲性能批次稳定性差的技术问题，通过单一nb微合金化与全流程工艺协同优化，在保证屈服强度稳定达到210mpa级的前提下，获得优异的成形性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种nb系210mpa级高强深冲钢的制备方法，包括以下步骤：

4、炼钢工序-热轧工序-冷轧工序-连退工序；其中：炼钢工序包括：转炉顶底复吹冶炼—rh—板坯连铸；热轧工序包括：铸坯加热—高压水除鳞—定宽压力机—e1r1粗轧机轧制—e2r2粗轧机轧制—保温罩—飞剪—高压水除鳞—f1-f7精轧机轧制—加密型层流冷却—卷取；冷轧工序包括：酸轧开卷—焊接—拉矫—酸洗—漂洗—烘干—切边—连轧机冷轧—卷取；连退工序包括：连退开卷—焊接—清洗—入口活套—退火炉—出口活套—平整—切边—表面检查—涂油—取样—卷取—称重—包装；其中：

5、1）冶炼与连铸：铁水经kr脱硫处理后进行转炉冶炼，要求入转炉铁水硫含量要求小于0.005%，铁水渣扒清面积大于95%；转炉出钢温度≥1670℃，必须使用周转包出钢，出钢温降要求小于70℃，转炉供rh钢水中[c]≤0.04%，[si] ≤0.15%,[mn]≤0.50%，[p] ≤0.060% [o]：0.040-0.07%；在rh炉进行深脱碳处理，脱碳结束后，根据定氧情况加入铝粒脱氧，循环4分钟以上后加入锰铁、硅铁、铌铁等合金调整成分，调整成分完毕后确保真空循环≥6分钟；随后进行板坯连铸，控制中间包过热度范围30-45℃，拉速1.0-1.8m/min；

6、2) 热轧：铸坯在步进式加热炉中加热温度为1180-1230℃，在炉时间为160-230min，出炉温度为1190-1230℃；经高压水除鳞后采用粗轧机进行粗轧，再经精轧机组（f1-f7）精轧至目标热轧厚度，控制精轧终轧温度为890-920℃，轧后采用层流冷却并卷取，控制卷取温度为570-610℃；

7、3）冷轧：对热轧卷进行酸洗，随后采用连轧机冷轧至目标冷轧厚度，控制冷轧压下率为60-80%；

8、7) 连续退火：控制加热段和均热段温度为780-810℃，缓冷段温度600-660℃，快冷段温度400-450℃，过时效段温度≤400℃，终冷段温度≤150℃，退火后采用平整机进行平整，控制平整机延伸率为0.6-1.0%；连退工艺段速度范围50-180m/min，按照厚度规格进行设定，依照厚度越大速度越低原则控制；

9、所述高强深冲钢的化学成分的重量百分比包括：c≤0.0030%；si≤0.20%；mn：0.40-0.60%；p:0.055-0.070%；s≤0.015%；alt：0.020-0.060%；nb：0.050-0.065%；n≤0.0040%；b:0.0003-0.0010%，ti≤0.005%（不主动添加，仅允许残余含量），余量为fe及不可避免的杂质。

10、进一步的，热轧厚度为：3.0mm-5.5mm，冷却模式采用前端集中冷却。

11、进一步的，冷轧厚度为0.60-1.80mm。

12、进一步的，金相组织为铁素体。

13、进一步的，金相组织晶粒度9.0-11.0级。

14、进一步的，实现各厚度组距产品的力学性能均匀性，钢带表面质量fd，表面粗糙度范围0.6-1.9μm。

15、进一步的，所述深冲钢力学性能满足：屈服强度210-310mpa，抗拉强度≥390mpa。断后伸长率a50mm≥39%，r90≥1.9,n90 ≥0.20。

16、本发明中各合金元素的作用和机理：

17、c在钢中的主要存在形式为以间隙原子形式固溶于钢中或与fe或其他金属元素形成合金渗碳体，但由于间隙原子c会导致金属晶格畸变，降低成形性（如深冲性能）。因此，通过超低c设计消除其对成形性的负面影响，故设定c含量范围≤0.003%，此外与c类似，n原子也会占据晶格间隙，需严格限制其含量以提升钢的延展性，设定n含量≤0.0040%。

18、si在钢中的主要作用为抑制渗碳体形成，并作为固溶强化元素，提高铁素体基体的强度和硬度。在汽车用钢中，其主要作用为辅助脱氧，含量过高会恶化表面质量，设定si含量范围≤0.20%。

19、mn作为钢中的固溶强化元素和碳化物形成元素，可以同时强化铁素体和渗碳体，提高钢的强度和硬度。此外，mn元素在钢中还可替代fe与s元素形成mns，避免生成fes（fes与fe易形成低熔点化合物）而导致钢热脆，同时还能起到脱氧作用。然而，mn含量的增加会大幅降低钢的焊接性能，增大晶粒尺寸，并增加形成白点和铸坯偏析的敏感性。综合考虑，设定mn含量范围0.40-0.60%。

20、nb在汽车用钢中主要以碳化物或氮化物形态存在，一方面可彻底固定间隙原子，避免其干扰晶格，显著提高钢的深冲性能和抗时效性；另一方面还可提高再结晶温度，起到沉淀强化和细化晶粒作用。此外，有研究发现含nb钢中添加ti后，由于tin的诱导析出会使部分nb在高温下与ti共同析出从而使析出物尺寸显著增大，因此从充分利用nb 析出强化、降低工艺敏感性角度看，单一添加nb更合理。但由于nb价格较高，考虑到成本和收得率因素，根据计算公式nb加入量≥（6.64×n含量+7.74×c含量)/（收得率90%-98%），设定nb含量范围0.050-0.065%。

21、p 、s在一般钢中均为无法完全除去的杂质元素，会大幅增加钢的裂纹敏感性，同时会提高钢的低温脆性转变温度，降低钢的低温冲击性能，因此，在不影响钢性能的前提下，一般要求p、s含量越低越好。高强深冲钢中需添加或保留一定的p含量，通过其固溶强化作用来提高汽车钢的强度，但为降低p元素的有害作用，提高深冲性能，设定 p：0.055-0.070%，在提高强度的同时避免其带来的冷脆性影响。s在汽车钢中仍为杂质元素，故其含量需控制在0.015%以下。

22、al元素主要发挥三大关键作用：首先，作为强脱氧剂，在冶炼过程中有效去除钢液中的氧，净化钢质。al添加过量会形成粗大的al2o3或铝酸钙类夹杂物，还会影响钢水流动性，加剧铸坯表面缺陷，故其含量控制在0.020-0.060%。

23、b元素在高p无间隙原子钢中可缓解p在晶界偏聚倾向，降低冷脆性。同时b还可阻碍铁素体形核，推迟奥氏体向铁素体转变，提高组织均匀性。b含量过少无法形成有效的晶界偏聚，过高则会导致粗大bn相析出，降低钢的强度和韧性，故其含量控制在0.0003-0.0010%。

24、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

25、本发明的目的是提供一种nb系210mpa级高强深冲钢的制备方法，通过合理调控nb、mn、p元素含量并优化生产工艺，在保证汽车钢强度性能的同时改善其成形性能。经实际使用证明，性能适宜，其力学性能满足：屈服强度210-310mpa，抗拉强度≥390mpa。断后伸长率a50mm≥39%，r90≥1.9,n90 ≥0.20。该汽车钢生产方法简单，可操作性强，易于推广应用。

26、热轧工艺设定较低的卷取温度可防止含nb析出相长大，增强细晶强化作用从而保证产品强度性能，配合调整部分连退的工艺可在一定程度上减少钢中p、mn元素的添加量，提高r值从而改善成形性能。此外，较低的卷取温度可使内外圈温差减小，使nb均匀析出；单一nb微合金化简化了钢中析出相体系，析出相主要为nb(c,n)，类型单一、尺寸分布集中，弥散分布于铁素体基体及晶界，减小钢卷头中尾性能波动，降低产品对工艺的敏感性，产品性能更加稳定。

27、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

28、本发明通过合理调控nb、mn、p元素含量并优化生产工艺，在保证汽车钢强度性能的同时改善其成形性能。经实际使用证明，性能适宜，其力学性能满足：屈服强度210-310mpa，抗拉强度≥390mpa。断后伸长率a50mm≥39%，r90≥1.9,n90 ≥0.20。该汽车钢生产方法简单，可操作性强，易于推广应用。

29、热轧工艺设定较低的卷取温度可防止含nb析出相长大，增强细晶强化作用从而保证产品强度性能，配合调整部分连退的工艺可在一定程度上减少钢中p、mn元素的添加量，提高r值从而改善成形性能。此外，较低的卷取温度可使内外圈温差减小，使nb均匀析出；单一nb微合金化简化了钢中析出相体系，析出相主要为nb(c,n)，类型单一、尺寸分布集中，弥散分布于铁素体基体及晶界，减小钢卷头中尾性能波动，降低产品对工艺的敏感性，产品性能更加稳定。