一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢及其制备方法技术

本申请涉及一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，按质量百分比计，包括：Nb：0.10wt％～0.30wt％，Mo：0.10wt％～0.35wt％，C：0.01wt％～0.05wt％，Mn：0.05wt％～1.2wt％，Si：0.015wt％～0.26wt％，P：0.005wt％～0.025wt％，S：0.003wt％～0.020wt％，Al：0.001wt％～0.015wt％，N：0.001wt％～0.015wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。同时，本申请还提供了一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢的制备方法。本申请通过控制钢中Nb和Mo的含量，在降低钢中微合金元素的前提下，通过纳米粒子的沉淀强化作用提高了钢板的强度，降低了生产成本，增加了钢板表面与锌液的浸润性，提高了镀层的均匀性，降低漏镀率，提高了钢板的可镀性和镀层的表面质量；本申请的生产方法具有生产成本低、热镀锌镀层厚度均匀、表面质量高和镀层附着力强的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢及其制备方法
本申请涉及热镀锌高强度钢铁材料
，尤其涉及一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢及其制备方法。通过在钢中添加一定量的Nb和少量的Mo，获得单相铁素体组织，提高钢板的成形性，同时获得较大的沉淀强化作用，细化了析出物的尺寸，实现了钢中纳米粒子的第二相析出沉淀强化作用，从而获得了高强度钢板。
技术介绍
随着全球能源的紧张和地球温室效应的加重，以节能、环保为目的的汽车产业逐渐趋于轻量化，汽车用钢板开始向高强度方向发展。近年来国内外一些钢铁企业和研究机构相继开发了具有低屈强比的超高强度双相钢(DP)，兼具高强度和良好塑性的相变诱导塑性钢(TRIP)、孪晶诱导塑性钢(TWIP)、马氏体钢以及Q&P钢(QuenchingandPartitioning)以及热压成形钢(HF)等新一代汽车用先进高强钢。总的趋势正向着高成形性、高强度和超高强度兼具的汽车用钢的方向发展，并以此指导新产品及新工艺控制技术的开发。一般而言，提高车身强度，势必要增加车重，但是，通过对材料的强化处理，可以获得安全性与重量的合理平衡。钢板的高强化比例也在逐年提高，超高强钢板的强度已达到或超过1500MPa，目前先进高强钢板已经发展到第二代，正在向着高强和超高强与良好成形性能兼备的第三代高强汽车用钢发展。在上述高强度汽车用钢板生产时往往需要在钢板中添加较多的合金元素(如：Mn、Si、Al、Cr、P、Ti、Nb、Mo等)以提高钢板的强度。在这些元素中，有些元素易在表面富集并氧化，生成一层薄的氧化膜。在钢板的热镀锌过程中，当钢板进入锌液的瞬间，钢板表面发生锌液对钢板的润湿、铁的溶解及锌液中Al和Fe的反应生成Fe2Al5Znx抑制层等一系列过程。当钢板表面存在合金元素生成的氧化膜以后，这层氧化物降低了钢板表面锌液的浸润性，使钢板表面的铁原子不能顺利地与锌元素发生反应，表面发生漏镀点，影响热镀锌钢板的镀层表面质量和附着力，这是高强度热镀锌钢板生产中一个最大的难点。高强度钢板在退火时合金元素富集到钢板表面，影响钢板的热镀锌过程。合金元素通过所谓选择性氧化富集到钢板表面，在连续热镀锌生产过程中，钢板进入锌锅之前在H2+N2的保护气氛下进行退火处理，这种保护气氛对Fe有着还原性，但是，对于与氧亲和力比铁强的元素，如Mn、Si、Al、Ti等金属元素则是氧化性的。这些易与氧反应的元素在钢板表面生成氧化物并留在表面，钢板退火时，合金元素不断从钢板内部向表面扩散，不断发生氧化，使钢板表面的合金元素越来越多，由此造成合金元素以氧化物的形式存在并在钢板表面富集，高强度钢板发生选择性氧化和合金元素的富集严重地影响了先进高强钢的可镀性。因此，使用合金元素提高钢板强度时，既要考虑钢板的力学性能需要，又要考虑热镀锌时钢板的可镀性问题。在发现Nb、V、Ti等微合金化元素对提高钢板强度和性能的作用之后，人们曾经习惯于依赖通过增加合金元素的添加量来提高钢板的强度和性能，并解决钢板性能控制中遇到的难题，从而造成产量有限的稀缺元素的价格飞涨，资源告急，不利于钢铁工业的可持续发展。为此，需要综合考虑微量元素的微合金化和控轧控冷二者相结合提高钢板的强度和改善钢板的可镀性能。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢及其制备方法，用以解决现有技术依赖于增加合金元素的添加量来提高钢板的强度和性能而造成稀缺元素的价格飞涨、资源告急的问题。本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，按质量百分比计，包括：Nb：0.10wt％～0.30wt％，Mo：0.10wt％～0.35wt％，C：0.01wt％～0.05wt％，Mn：0.05wt％～1.2wt％，Si：0.015wt％～0.26wt％，P：0.005wt％～0.025wt％，S：0.003wt％～0.020wt％，Al：0.001wt％～0.015wt％，N：0.001wt％～0.015wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。本申请通过在钢中添加一定量的Nb和少量的Mo，获得单相铁素体组织，提高钢板的成形性，同时获得较大的沉淀强化作用，并细化了析出物的尺寸，实现了钢中纳米粒子的沉淀强化作用，从而获得了高强度钢板；Nb由于其具有细晶强化和沉淀强化的作用，可以使钢板同时实现晶粒细化与纳米级第二相析出强化；Mo可提高Nb在奥氏体中的固溶度，并且在低温铁素体中可与Nb一起析出，起到细化碳氮化铌的作用，增强碳氮化铌的沉淀强化效果，所以，钢的Nb、Mo复合微合金化，具有独特的优势；为了保证钢板利用沉淀强化作用使其屈服强度的提高量大于200MPa，并实现降低成本，合金元素应尽可能少添加原则，计算发现，应当控制析出相的尺寸小于5nm，所以，钢中需要加入的Nb的质量分数为0.10wt％～0.30wt％，而为了细化析出物的尺寸，钢中加入的Mo的质量分数为0.10wt％～0.35wt％，其次，要符合微合金化钢降碳的趋势，C含量<0.06wt％，根据目前的冶炼水平，碳含量可控制在0.01wt％的水平，所以，碳含量为0.01wt％～0.05wt％。进一步的，所述Mo的质量分数为0.10wt％～0.30wt％。本申请热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢通过添加Mo提高了Nb在奥氏体中的固溶度，并且在低温铁素体中可与Nb一起析出，起到了细化碳氮化铌的作用，增强碳氮化铌的沉淀强化效果。进一步的，所述Nb的质量分数为0.13wt％～0.20wt％。本申请通过添加Nb控制纳米级NbC的相间析出获得了单相铁素体组织，使钢板具有高强度、高成型性。进一步的，所述Mo的质量分数为0.10wt％～0.20wt％。本申请通过添加Mo有效地细化析出物尺寸，Mo的质量分数0.10wt％～0.20wt％时，铁素体中形成的NbC粒子平均直径可达2nm～3nm，含Nb钢屈服强度达到650MPa，纳米粒子的沉淀强化增量超过了250MPa。优选地，所述Nb的质量分数0.15wt％～0.20wt％。优选地，所述Nb的质量分数为0.17wt％，所述Mo的质量分数为0.12wt％。进一步的，所述高强度低碳含Nb钢的Ar3为760℃～860℃，Ae3为850℃～900℃。优选地，所述高强度低碳含Nb钢的Ar3为855℃，Ae3为875℃。进一步的，所述高强度低碳含Nb钢的金相组织由多边形铁素体和针状铁素体组成，所述多边形铁素体的体积分数为60％～65％，所述针状铁素体的体积分数为35％～40％，其晶粒尺寸在5μm以下，所述多边形铁素体和针状铁素体的体积分数之和为100％。本申请高强度低碳含Nb钢中添加适量的Nb，抑制了珠光体的形成，促进了针状铁素体的形成；单相铁素体组织可以提高钢板的成型性；因高强度低碳含Nb钢的Nb含量适当超出了NbC理想化学配比，获得了较大的沉淀强化作用，使得零件变形后强度提高，尺寸保持稳定。一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按照各元素之间的质量配比进行真空冶炼；步骤2、浇铸：钢水出钢温度在1650℃以上，出钢结束温度在1600℃以上；步骤3、板坯加热：加热温度为1200℃～1230℃之间；步骤4、热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：Nb：0.10wt％～0.30wt％，Mo：0.10wt％～0.35wt％，C：0.01wt％～0.05wt％，Mn：0.05wt％～1.2wt％，Si：0.015wt％～0.26wt％，P：0.005wt％～0.025wt％，S：0.003wt％～0.020wt％，Al：0.001wt％～0.015wt％，N：0.001wt％～0.015wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：Nb：0.10wt％～0.30wt％，Mo：0.10wt％～0.35wt％，C：0.01wt％～0.05wt％，Mn：0.05wt％～1.2wt％，Si：0.015wt％～0.26wt％，P：0.005wt％～0.025wt％，S：0.003wt％～0.020wt％，Al：0.001wt％～0.015wt％，N：0.001wt％～0.015wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，所述Mo的质量分数为0.10wt％～0.30wt％。3.根据权利要求2所述的一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，所述Mo的质量分数为0.10wt％～0.20wt％。4.根据权利要求1或2或3所述的一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，所述Nb的质量分数为0.13wt％～0.20wt％。5.根据权利要求4所述的一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，所述Nb的质量分数0.15wt％～0.20wt％。6.根据权利要求1所述的一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，所述高强度低碳含Nb钢的Ar3为760℃～860℃，Ae3为850℃～900℃。7.根据权利要求1所述的一种热镀锌用纳米强化高强度低碳含Nb钢，其特征在于，所述高强度低碳含Nb钢的金相组织由多边形铁素体和针状铁素体组成，所述多边形铁素体的体积分数为60％～65％，所述针状铁素体的体积分数为35％～40％，其晶粒尺寸在5...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁训华，张启富，
申请(专利权)人：新冶高科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11