本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板及其制備方法。

背景技術：

汽車車體輕量化可達到降低能耗及CO₂排放量的目的。輕量化已被證明是汽車“節能減排”的關鍵技術路線，汽車自重每減少10％，可降低油耗6％-8％，降低二氧化碳排放13％。中國是世界汽車第一大生產和消費國，輕量化已成為汽車工業可持續發展的一個重要課題。汽車用鋼高強度化是實現汽車輕量化的有效途徑，汽車用鋼高強度化已成為必然趨勢。通過增加高強度鋼板的使用量強化車身結構，可提高其撞擊安全性。因此，高強度鋼板的使用可以兼顧成本及性能，滿足車體輕量化、提高撞擊安全性的需求。

在汽車制造中，汽車前后縱梁、側梁等受力結構件和加強件需要有良好的抗變形能力，即需要有高的屈服強度和高的屈強比。冷軋高強度低合金鋼在這些部件用量較大，常見牌號如屈服強度340MPa、380MPa及420LA，其中屈服強度420MPa級別為目前國標中最高級別。這類鋼需要依靠析出強化和細晶強化手段來提高屈服強度。由于對微合金元素有嚴格的用量限制，加之連退過程中微合金元素析出的控制上存在難度，實際生產中往往出現屈服強度偏低、強塑性匹配差、以及由于再結晶不充分導致的力學性能不穩定等問題。

連續退火是低合金高強鋼生產過程中的關鍵環節，連續退火溫度、帶鋼運行速度、冷卻速度和過時效溫度等直接影響最終成品的力學性能。鑒于實際生產過程中經常由于組織不均勻導致成形性能及力學性能穩定性等問題，目前企業生產過程中通常采用高溫均熱的方法來保證充分再結晶，從而獲得均勻的組織，均熱溫度一般在800℃左右甚至更高。

CN 102492823B涉及一種屈服強度420MPa級冷軋低合金高強鋼的連續退火工藝方法，其650℃以上采用150±25℃/s的加熱速率，均熱溫度為800±10℃。獲得的力學性能為屈服強度430MPa，抗拉強度500MPa，但其延伸率偏低，僅為21％，這可能與快速加熱造成的組織不均勻有關。此外，如此高的加熱速率，需要改變傳統生產線的加熱方式，采用如感應加熱方式，除了增加設備投資外，耗電量也將大幅提高。

CN 105714186A涉及一種屈服強度420MPa級冷軋低合金高強鋼的連續退火工藝方法，其均熱溫度為770±20℃。獲得的力學性能達到420MPa級別。但其Nb含量較高，為0.03％～0.06％，生產成本較高。

CN 103131843B涉及一種340MPa級別的冷軋低合金鋼的穩定化連續退火工藝。其帶鋼均熱溫度為795～805℃，力學性能平均值為：屈服強度376Mpa，抗拉強度471MPa，延伸率28％。但是，該方法中Nb含量為0.04％～0.05％，成本較高。

上述方法中均采用了高溫均熱，這將帶來如下問題：(1)高溫下，極易發生爐底輥結瘤，從而容易對運行過程中的帶鋼造成劃傷，影響帶鋼表面質量；(2)高溫均熱條件下，析出粒子極易發生粗化，同時鐵素體晶粒容易長大，造成強度下降；(3)高溫下，Si、Mn元素擴散能力提高，選擇性氧化加劇，帶鋼表面質量控制難度加大；(4)高溫下能耗增加，加熱成本較高。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種屈服強度420MPa級高強度低合金鋼板及其制備方法；該方法將熱軋后冷卻條件控制與連續退火過程中的加熱控制相結合，即通過控制熱軋后冷卻速度及卷取溫度；在后續連續退火過程中采用低溫加熱，在保證組織均勻性的基礎上實現組織細化和析出強化。采用該方法制造屈服強度420MPa級低合金高強鋼板，并且具有優異的塑性。

本發明的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.06～0.09％，Si：0～0.2％，Mn：0.8～1.0％，Ti：0～0.02％，Nb：0.01～0.025％，其余為Fe及不可避免雜質元素。

所述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其厚度為0.5～2.5mm。

所述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度為435～450MPa，抗拉強度為518～548MPa，延伸率A₈₀為25.0～26.3％。

所述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其微觀組織包括鐵素體、珠光體和滲碳體，其中，鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體的晶粒平均尺寸為4.1～5.8μm。

本發明的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分配比，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C 0.06～0.09％，Si 0～0.2％，Mn 0.8～1.0％，Ti 0～0.02％，Nb 0.01～0.025％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1220±30℃保溫2～3h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1150～1180℃，終軋溫度為880～920℃，累計壓下率為85.7～94％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以40～100℃/s的冷卻速率，冷卻至400～580℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷取后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為50～83.3％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以2～5℃/s加熱速率升溫至640～660℃；

(2)然后，再以1～2℃/s加熱速率升溫至710～740℃；

(3)在710～740℃，保溫80～150s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以1～3℃/s的冷卻速率緩冷至650～700℃；

(5)然后，再以30～50℃/s的冷卻速率冷卻至380～420℃，過時效400～600s至360～400℃；

(6)最后，以5～20℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法中：

所述步驟1中，按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的成分化學成分選配原料后，熔煉。

所述步驟2中，卷取溫度為400～580℃。

所述步驟4中，(1)為一段加熱，(2)為二段加熱，(3)為三段加熱，也是均熱段，保溫時間即為均熱時間。

所述步驟2中，熱軋前板坯厚35～50mm，熱軋板厚3～5mm，步驟3中的冷軋板厚0.5～2.5mm。

本發明的屈服強度420MPa級冷軋鋼板及其制備方法，設計思路如下：

低合金鋼合金元素含量較低，其主要強化機制為細晶強化和析出強化。在實現上述兩種強化機制的基礎上，保證鐵素體晶粒的完全再結晶，是獲得高強塑性及力學穩定性的關鍵。

在熱軋后以40～100℃/s冷卻速率快速冷卻至400～580℃卷取，通過冷卻條件控制，在冷軋之后形變儲能大幅提高；另外，快速冷卻結合低溫卷取，可保證熱軋后析出粒子尺寸細小，甚至抑制部分熱軋后的析出。

在后續連續退火過程中，高的形變儲能可以大幅提高鐵素體再結晶動力學。因此，可以保證在均熱溫度710～740℃，均熱時間80～150s條件下鐵素體發生完全再結晶。與常規均熱溫度相比，鐵素體晶粒長大速率降低，鐵素體晶粒細化。同時，由于析出粒子對鐵素體晶粒長大的“釘扎”作用，可抑制鐵素體晶粒長大，實現鐵素體的晶粒細化。另外，連續退火過程中固溶部分的微合金元素將發生析出，且與常規均熱溫度相比，析出粒子長大速率降低，可實現良好的析出強化效果。

本發明屈服強度420MPa級冷軋鋼板及其制備方法，通過快速冷卻、低溫卷取，結合連續退火過程的低溫加熱，有四點益處：

其一，不需要高溫加熱，降低了帶鋼表面質量控制難度，并降低了加熱能源消耗；

其二，提高連續退火之前鐵素體中的形變儲能，在隨后的連續退火過程中加快鐵素體再結晶動力學，有助于在低溫加熱條件下實現完全再結晶；

其三，低溫加熱條件下，有利于微合金元素析出粒子的細化及細小彌散析出，有助于保證析出強化效果，并抑制鐵素體晶粒長大；

其四，本發明制備工藝簡單，成本較低，可以滿足工業化需求。

附圖說明

圖1本發明實施例2制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的金相組織圖。

具體實施方式

以下實施例中采用的熔煉爐為150kg真空感應熔煉爐。

以下實施例中采用的熱軋機為Φ450mm可逆式熱軋機。

以下實施例中采用的冷軋機為直拉式四輥可逆冷軋機。

以下實施例中采用的退火及冷卻設備為連續退火試驗機。

下面對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.06％，Si：0.04％，Mn：0.8％，Nb：0.025％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為1mm。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分分選配原料后，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.06％，Si：0.04％，Mn：0.8％，Nb：0.025％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成40mm厚的板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1220℃保溫2h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1150℃，終軋溫度為880℃，累計壓下率為90％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以50℃/s的冷卻速率，冷卻至500℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷取后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為75％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以4℃/s加熱速率升溫至650℃；

(2)然后，再以1.5℃/s加熱速率升溫至740℃；

(3)在740℃，保溫120s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以2℃/s的冷卻速率緩冷至690℃；

(5)然后，再以30℃/s的冷卻速率冷卻至390℃，過時效500s至370℃；

(6)最后，以5℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度R_eL＝435MPa，抗拉強度R_m＝525MPa，延伸率A_80mm＝26.3％。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其微觀組織包括鐵素體、珠光體和滲碳體，其中，鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體的晶粒平均尺寸為4.1μm。

實施例2

一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.07％，Si：0.1％，Mn：0.9％，Nb：0.025％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為1.8mm。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分分選配原料后，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.07％，Si：0.1％，Mn：0.9％，Nb：0.025％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成50mm厚的板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1220℃保溫2h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1150℃，終軋溫度為880℃，累計壓下率為91％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以40℃/s的冷卻速率，冷卻至400℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷取后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為60％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以2℃/s加熱速率升溫至650℃；

(2)然后，再以1℃/s加熱速率升溫至730℃；

(3)在730℃，保溫100s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以1℃/s的冷卻速率緩冷至680℃；

(5)然后，再以40℃/s的冷卻速率冷卻至400℃，過時效500s至380℃；

(6)最后，以10℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度R_eL＝440MPa，抗拉強度R_m＝535MPa，延伸率A_80mm＝25.6％。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的金相組織圖，如圖1所示，可見其組織為典型的鐵素體+珠光體+滲碳體。其中，淺灰色為鐵素體，黑色塊狀為珠光體，鐵素體內黑色點狀為滲碳體；鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體晶粒平均為5.2μm。

實施例3

一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.06％，Si：0.04％，Mn：1.0％，Nb：0.02％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為1.2mm。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分分選配原料后，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.06％，Si：0.04％，Mn：1.0％，Nb：0.02％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成50mm厚的板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1230℃保溫2.5h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1150℃，終軋溫度為900℃，累計壓下率為94％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以100℃/s的冷卻速率，冷卻至550℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷取后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為60％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以5℃/s加熱速率升溫至640℃；

(2)然后，再以2℃/s加熱速率升溫至710℃；

(3)在710℃，保溫80s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以3℃/s的冷卻速率緩冷至700℃；

(5)然后，再以50℃/s的冷卻速率冷卻至420℃，過時效400s至400℃；

(6)最后，以20℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度R_eL＝443MPa，抗拉強度R_m＝535MPa，延伸率A_80mm＝25.4％。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其微觀組織包括鐵素體、珠光體和滲碳體，其中，鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體的晶粒平均尺寸為5.8μm。

實施例4

一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.09％，Si：0.2％，Mn：1.0％，Ti：0.01，Nb：0.02％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為2.5mm。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分分選配原料后，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.09％，Si：0.2％，Mn：1.0％，Ti：0.01，Nb：0.02％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成45mm厚的板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1220℃保溫3h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1150℃，終軋溫度為890℃，累計壓下率為88.9％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以60℃/s的冷卻速率，冷卻至450℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷取后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為50％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以3℃/s加熱速率升溫至660℃；

(2)然后，再以1.5℃/s加熱速率升溫至720℃；

(3)在720℃，保溫100s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以2℃/s的冷卻速率緩冷至680℃；

(5)然后，再以50℃/s的冷卻速率冷卻至380℃，過時效500s至360℃；

(6)最后，以13℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度R_eL＝442MPa，抗拉強度R_m＝518MPa，延伸率A_80mm＝25.0％。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其微觀組織包括鐵素體、珠光體和滲碳體，其中，鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體的晶粒平均尺寸為5.8μm。

實施例5

一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.06％，Si：0.04％，Mn：0.9％，Ti：0.015％，Nb：0.015％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為0.5mm。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分分選配原料后，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.06％，Si：0.04％，Mn：0.9％，Ti：0.015％，Nb：0.015％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成35mm厚的板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1250℃保溫3h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1180℃，終軋溫度為920℃，累計壓下率為91.4％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以80℃/s的冷卻速率，冷卻至460℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷取后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為83.3％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以2℃/s加熱速率升溫至640℃；

(2)然后，再以1℃/s加熱速率升溫至720℃；

(3)在720℃，保溫150s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以1℃/s的冷卻速率緩冷至650℃；

(5)然后，再以40℃/s的冷卻速率冷卻至410℃，過時效600s至380℃；

(6)最后，以5～20℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度R_eL＝450MPa，抗拉強度R_m＝542MPa，延伸率A_80mm＝25.5％。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其微觀組織包括鐵素體、珠光體和滲碳體，其中，鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體的晶粒平均尺寸為4.7μm。

實施例6

一種屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.08％，Si：0.15％，Mn：0.9％，Ti：0.02％，Nb：0.01％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為2mm。

上述的屈服強度420MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉及鍛造：

按照屈服強度420MPa級冷軋鋼板的化學成分分選配原料后，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度420MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.08％，Si：0.15％，Mn：0.9％，Ti：0.02％，Nb：0.01％，其余為Fe及不可避免雜質元素；將鑄錠鍛造成35mm厚的板坯；

步驟2，熱軋：

(1)將鍛造后板坯在1190℃保溫3h；

(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1180℃，終軋溫度為910℃，累計壓下率為85.7％，制得熱軋板；

(3)將熱軋板，以100℃/s的冷卻速率，冷卻至580℃時，進行卷取；

步驟3，冷軋：

(1)將卷曲后的熱軋板，酸洗；

(2)將酸洗后的熱軋板，進行冷軋，冷軋壓下率為60％，制得冷軋板；

步驟4，連續退火處理：

(1)將冷軋板，以1℃/s加熱速率升溫至650℃；

(2)然后，再以1℃/s加熱速率升溫至730℃；

(3)在730℃，保溫150s，制得均熱鋼板；

(4)將均熱鋼板，以2℃/s的冷卻速率緩冷至700℃；

(5)然后，再以50℃/s的冷卻速率冷卻至420℃，過時效500s至400℃；

(6)最后，以15℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度420MPa級冷軋鋼板。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其屈服強度為屈服強度R_eL＝447MPa，抗拉強度R_m＝548MPa，延伸率A_80mm＝26.1％。

本實施例制備的屈服強度420MPa級冷軋鋼板，其微觀組織包括鐵素體、珠光體和滲碳體，其中，鐵素體、珠光體和滲碳體三者體積百分比之和≥98％，鐵素體的晶粒平均尺寸為5.5μm。