本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種屈服強度500MPa級冷軋鋼板及其制備方法。
背景技術：
汽車輕量化是汽車“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％。汽車用鋼高強度化是實現汽車輕量化的重要方向，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車體輕量化和提高撞擊安全性的需求。
雙相鋼由于具有良好的強塑性，在汽車用鋼中占很大比例。然而，雙相鋼由于其軟硬相之間的硬度差異，在彎曲成形、擴孔加工或翻邊凸緣加工等過程中極易出現局部成形開裂。正因如此，學者們提出通過降低軟硬相之間的硬度差異、保證組織勻質化的方法來獲得良好的局部成形性能。例如，在熱軋汽車用鋼中，日本JFE利用微合金元素的納米析出粒子提供析出強化，獲得了納米析出強化型高強鋼，稱為NANO-HITEN技術。該類鋼的基體組織為鐵素體，依靠細晶強化和析出強化來保證高強度，具有高的屈強比；同時，由于勻質化的組織，具有優異的局部成形性能。
對于冷軋汽車用鋼，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。與上述析出強化型熱軋高強鋼類似，這類鋼的強化機制為細晶強化和析出強化。其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。但是，隨著對汽車輕量化需求的增加，420MPa以上級別高屈強比型低合金鋼的需求日益增加。
目前，國內能生產420MPa以上級別的企業較少。要獲得高強度，需要進一步提高微合金元素用量，生產成本顯著提高。此外，高的微合金元素含量容易導致再結晶不充分，從而造成力學性能波動等問題。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，造成能耗增加。
CN 101376944A涉及一種屈服強度500MPa級冷軋低合金高強鋼的連續退火工藝方法，其帶鋼均熱溫度為780～850℃，屈服強度可超過500MPa。該方法中雖然Nb含量較低，但Si含量為0.4～1.0％，如此高的Si含量將加大帶鋼表面質量控制難度；而且其Mn含量為1.2％～2.0％，高的Mn含量容易因偏析造成帶狀組織等問題，影響成形性能；另外，該方法中獲得的屈強比均不超過0.85。
CN105950967A涉及一種屈服強度500MPa級的低合金高強度鋼的生產方法，其主要成分為：C 0.06-0.10％，Si 0.10-0.50％，Mn 0.8-2.0％，Cr 0.10-0.50％，Nb 0.02-0.04％，Ti 0.02-0.04％，其余為鐵和不可避免的雜質。熱軋卷取溫度為600±20℃，連續退火均熱溫度為800±30℃，過時效溫度340±40℃。該方法中添加了Cr元素，Cr的主要作用為提高淬透性，推遲貝氏體和珠光體相變，另外過時效溫度較低，Cr的添加有助于獲得一定量的馬氏體。馬氏體的存在導致可動位錯密度增加，從而降低屈服強度；此外，600℃左右的卷取溫度使得熱軋后微合金元素大量析出，從而導致后續連續退貨過程中由于析出粒子粗化，影響析出強化效果。上述兩點導致該方法中低合金鋼的屈強比均低于0.8，難以獲得高屈強比。
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500MPa級冷軋低合金鋼及其制備方法；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短時等溫的方法，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500MPa級冷軋低合金鋼，具有高屈強比，并且具有優異的塑性和局部成形性能。
本發明的屈服強度500MPa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：0.03～0.05％，Nb：0.02～0.04％，其余為Fe及不可避免雜質元素。
所述的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其厚度為0.5～2.5mm。
所述的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度為530～560MPa，抗拉強度為580～615MPa，延伸率A80為21.3～22.5％，屈強比≥0.90。
所述的屈服強度500MPa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3.8～4.5μm。
本發明的屈服強度500MPa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500MPa級冷軋鋼板的化學成分配比，熔煉成鑄錠；其中，屈服強度500MPa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2～10℃/s加熱速率升溫至635～655℃；
(2)然后，再以2～5℃/s加熱速率升溫至750～800℃；
(3)在750～800℃，保溫50～100s，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300～500s至350～380℃；
(6)最后，以5～10℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度500MPa級冷軋鋼板。
上述的屈服強度500MPa級冷軋鋼板的制備方法中：
所述步驟1中，按照屈服強度500MPa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。
屈服強度500MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：
本發明的屈服強度500MPa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。最大限度地運用析出強化效果，是實現高屈強比的必要條件。此外，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，可抑制部分微合金元素的析出，并保證熱軋后細小的析出粒子尺寸。同時，該冷卻條件可為冷軋鋼板提供更高的形變儲能。
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，從而保證在較短均熱時間內發生完全再結晶，保證組織均勻性。同時，固溶部分的微合金元素將發生彌散析出，可實現良好的析出強化效果；而且，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。
本發明的的屈服強度500MPa級冷軋鋼板及其制備方法，利用熱軋的快速冷卻、低溫卷取，結合連續退火過程中的短時均熱，有四點益處：
其一，不需要添加高的Si、Mn元素含量，降低帶鋼表面質量控制難度；
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，有助于在短時均熱條件下實現完全再結晶，提高生產效率；
其三，短時均熱條件下，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，提高屈強比；
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4制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板的金相組織圖。
具體實施方式
本發明實施例中采用的熔煉爐為150kg真空感應熔煉爐。
本發明實施例中采用的熱軋機為Φ450mm可逆式熱軋機。
本發明實施例中采用的冷軋機為直拉式四輥可逆冷軋機。
本發明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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.07％，Si：0.03％，Mn：0.9％，Nb：0.02％，Ti：0.04％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為1.5mm。
上述的屈服強度500MPa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500MPa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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為C：0.07％，Si：0.03％，Mn：0.9％，Nb：0.02％，Ti：0.04％，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1240℃保溫2.5h；
(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1160℃，終軋溫度為890℃，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62.5％，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650℃；
(2)然后，再以3℃/s加熱速率升溫至760℃；
(3)在760℃，保溫70s，制得均熱鋼板；
(4)將均熱鋼板，以2℃/s的冷卻速率緩冷至670℃；
(5)然后，再以40℃/s的冷卻速率冷卻至420℃，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500MPa級冷軋鋼板。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度ReL＝530MPa，抗拉強度Rm＝580MPa，延伸率A80mm＝22.3％，屈強比≥0.90。
本實施例制備的屈服強度500MPa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4.2μm。
實施例2
一種屈服強度500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.06％，Si：0.1％，Mn：0.95％，Nb：0.03％，Ti：0.03％，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500MPa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500MPa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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.06％，Si：0.1％，Mn：0.95％，Nb：0.03％，Ti：0.03％，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1250℃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880℃，累計壓下率為94％，制得熱軋板；
(3)將熱軋板，以80℃/s的冷卻速率，冷卻至530℃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8℃/s加熱速率升溫至655℃；
(2)然后，再以2℃/s加熱速率升溫至800℃；
(3)在800℃，保溫50s，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30℃/s的冷卻速率冷卻至400℃，過時效350s至360℃；
(6)最后，以5℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度500MPa級冷軋鋼板。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度ReL＝536MPa，抗拉強度Rm＝587MPa，延伸率A80mm＝22.1％，屈強比≥0.90。
本實施例制備的屈服強度500MPa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4.0μm。
實施例3
一種屈服強度500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.09％，Si：0.03％，Mn：0.8％，Nb：0.04％，Ti：0.02％，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500MPa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500MPa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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：：C：0.09％，Si：0.03％，Mn：0.8％，Nb：0.04％，Ti：0.02％，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1200℃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880℃，累計壓下率為91.4％，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635℃；
(2)然后，再以2℃/s加熱速率升溫至750℃；
(3)在750℃，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50℃/s的冷卻速率冷卻至380℃，過時效300s至350℃；
(6)最后，以6℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度500MPa級冷軋鋼板。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度ReL＝532MPa，抗拉強度Rm＝584MPa，延伸率A80mm＝22.5％，屈強比≥0.90。
本實施例制備的屈服強度500MPa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4
一種屈服強度500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.07％，Si：0.2％，Mn：0.9％，Nb：0.02％，Ti：0.05％，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500MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：
步驟1，熔煉：
按照屈服強度500MPa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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：：C：0.07％，Si：0.2％，Mn：0.9％，Nb：0.02％，Ti：0.05％，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1260℃保溫2.5h；
(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88.9％，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50％，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650℃；
(2)然后，再以4℃/s加熱速率升溫至780℃；
(3)在780℃，保溫90s，制得均熱鋼板；
(4)將均熱鋼板，以3℃/s的冷卻速率緩冷至650℃；
(5)然后，再以30℃/s的冷卻速率冷卻至420℃，過時效450s至380℃；
(6)最后，以10℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度500MPa級冷軋鋼板。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度ReL＝550MPa，抗拉強度Rm＝602MPa，延伸率A80mm＝21.7％，屈強比≥0.90。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其金相組織如圖1所示，可見，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3.8μm。
實施例5
一種屈服強度500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.08％，Si：0..08％，Mn：0.95％，Nb：0.02％，Ti：0.05％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為1.1mm。
上述的屈服強度500MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：
步驟1，熔煉：
按照屈服強度500MPa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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.08％，Si：0..08％，Mn：0.95％，Nb：0.02％，Ti：0.05％，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1260℃保溫2h；
(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90.8％，制得熱軋板；
(3)將熱軋板，以70℃/s的冷卻速率，冷卻至450℃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70.3％，制得冷軋板；
步驟4，連續退火處理：
(1)將冷軋板，以10℃/s加熱速率升溫至650℃；
(2)然后，再以5℃/s加熱速率升溫至790℃；
(3)在790℃，保溫60s，制得均熱鋼板；
(4)將均熱鋼板，以3℃/s的冷卻速率緩冷至680℃；
(5)然后，再以30℃/s的冷卻速率冷卻至390℃，過時效350s至350℃；
(6)最后，以8℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度500MPa級冷軋鋼板。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度ReL＝545MPa，抗拉強度Rm＝596MPa，延伸率A80mm＝21.9％，屈強比≥0.90。
本實施例制備的屈服強度500MPa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4.5μm。
實施例6
一種屈服強度500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.07％，Si：0.12％，Mn：0.9％，Nb：0.04％，Ti：0.03％，其余為Fe及不可避免雜質元素；其厚度為2.2mm。
上述的屈服強度500MPa級冷軋鋼板的制備方法，包括如下步驟：
步驟1，熔煉：
按照屈服強度500MPa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500MPa級冷軋鋼板，組成成分及其質量百分比為：C：0.07％，Si：0.12％，Mn：0.9％，Nb：0.04％，Ti：0.03％，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1240℃保溫3h；
(2)將保溫后的板坯，進行熱軋，開軋溫度為1170℃，終軋溫度為900℃，累計壓下率為85.7％，制得熱軋板；
(3)將熱軋板，以80℃/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56％，制得冷軋板；
步驟4，連續退火處理：
(1)將冷軋板，以10℃/s加熱速率升溫至650℃；
(2)然后，再以4℃/s加熱速率升溫至780℃；
(3)在780℃，保溫70s，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390℃，過時效420s至350℃；
(6)最后，以10℃/s冷卻速率冷卻至室溫，制得屈服強度500MPa級冷軋鋼板。
本實施例制備的屈服強度500MPa級冷軋鋼板，其屈服強度ReL＝560MPa，抗拉強度Rm＝615MPa，延伸率A80mm＝21.3％，屈強比≥0.90。
本實施例制備的屈服強度500MPa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4.0μm。