1.本技术涉及钢材制备技术领域，具体涉及一种高强钢及其制备方法。


背景技术：

2.随着汽车行业对安全、减重节能和环保的要求越来越高，汽车行业对高强度汽车用钢的需求日益迫切。相比于传统的普碳钢，高强钢可以降低汽车的整备质量，使汽车轻量化，从而实现节能减排、减少环境污染、降低汽车的制造和运输成本。目前，高强度钢板已成为商用车大梁及结构件的主流用钢，其需要具有较好的塑性及成形性能，同时还需要具有良好的表面质量。
3.但高强钢在加热轧制过程中易产生氧化铁皮，在后续平整矫直的过程中造成铁皮堆积，易发生压入产生表面凹坑现象，同时也对环境与设备带来一定损害，对现场工作人员的健康极为不利。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本技术提供一种高强钢及其制备方法，旨在提供兼具较高强度和优良塑性，且表面掉粉少的高强钢。
5.一方面，本技术实施例提出了一种高强钢，包括钢本体，以及钢本体表面的氧化铁皮，所述钢本体包含如下重量百分含量的组分：
6.0.065wt％≤c≤0.105wt％，1.45wt％≤mn≤1.65wt％，0.07wt％≤si≤0.15wt％，0.02wt％≤nb≤0.06wt％，0.04wt％≤v≤0.06wt％，0.09wt％≤ti≤0.14wt％，0.07wt％≤cr≤0.025wt％，s≤0.005wt％，p≤0.020wt％，97.0wt％≤fe≤99.0wt％；
7.其中，所述nb、v和ti的重量百分含量满足：nb wt％+v wt％+ti wt％＜0.24wt％；所述氧化铁皮包括fe3o4+α-fe共析组织、feo，以及fe3o4，其中，所述fe3o4+α-fe共析组织的质量占所述氧化铁皮总量的30～40％。
8.根据本技术的一个实施例，所述钢本体的金相组织为贝氏体组织。
9.根据本技术的一个实施例，所述氧化铁皮的厚度《10μm。
10.根据本技术的一个实施例，所述高强钢的掉粉率不大于10.4％。
11.另一个方面，本技术实施例提供制备上述高强钢的方法，包含如下步骤：
12.1)将钢坯进行加热处理；
13.2)除鳞和轧制，所述轧制中精轧的终轧温度为850～920℃；
14.3)层流冷却，所述层流冷却采用前端集中冷却；
15.4)卷取，所述卷取温度为550～610℃；
16.5)自然空冷，制得所述高强钢。
17.根据本技术的一个实施例，步骤1)所述加热处理具体为将所述钢坯在120～180min内加热至1200～1250℃，保温至少30min。
18.根据本技术的一个实施例，步骤2)所述除鳞时所用高压水的压力为18～20mpa，所
述高压水与所述板坯的相对速度为1.0～1.2m/s。
19.根据本技术的一个实施例，步骤2)所述除鳞和轧制包括依次进行的粗除鳞、粗轧、道次除鳞、精除鳞和精轧。
20.根据本技术的一个实施例，所述精轧的开轧温度为960～1020℃。
21.根据本技术的一个实施例，步骤3)所述前端集中冷却包括前段快冷和均匀冷却，所述前段快冷的冷却速度为30～40℃/s，所述均匀冷却的冷却速度为6～10℃/s。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.为了保证高强钢具有较高强度和优良韧性，本技术在低碳钢的基础上添加nb、v和ti微合金元素，并控制三者质量百分含量之和小于0.13％，充分发挥了上述三种元素沉淀强化和细晶强化的作用，获得了较高强度和优良塑性的高强钢产品。本技术实施例制得的高强钢的屈服强度大于746mpa、抗拉强度大于782mpa、断后延伸率大于21％，将其应用在汽车结构件上时具有优良的成形性和耐久性。
24.为了保证高强钢表面掉粉少，本技术首先控制si的质量百分含量在0.07～0.15wt％，能有效阻止钢本体表面产生较多氧化铁皮，从而避免大量氧化铁皮的脱落；其次控制cr的质量百分含量在0.07～0.15wt％，能在钢基体表面产生致密保护膜，有效地抑制氧化铁皮的产生，从而达到氧化铁皮厚度薄且不易掉落的效果。
25.本技术提供的高强钢中，钢本体表面的氧化铁皮包括fe3o4+α-fe共析组织、feo，以及fe3o4。其中，fe3o4+α-fe共析组织的质量占氧化铁皮总量的30～40％。包含上述组分的氧化铁皮附着性能良好，不易掉落。且在高强钢的后续冷加工矫直过程中，残余feo相能有效吸收部分破坏应力，表面氧化铁皮不易掉落。
附图说明
26.下面将参考附图来描述本技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
27.图1是本技术实施例1的高强钢的氧化铁皮的断面sem形貌图；
28.图2是本技术实施例1的高强钢的氧化铁皮的表面sem形貌图；
29.图3是本技术实施例2的高强钢的氧化铁皮的断面sem形貌图；
30.图4是本技术实施例2的高强钢的氧化铁皮的表面sem形貌图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本技术的原理，但不能用来限制本技术的范围，即本技术不限于所描述的实施例。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不要求严格意义上的垂直，而是可以包含允许的误差。“平行”并不要求严格意义上的平行，而是可以包含允许的误差。
33.高强钢
34.本技术第一方面实施例提供一种高强钢，包括钢本体，以及钢本体表面的氧化铁皮，钢本体包含如下重量百分含量的组分：0.065wt％≤c≤0.105wt％，1.45wt％≤mn≤1.65wt％，0.07wt％≤si≤0.15wt％，0.02wt％≤nb≤0.06wt％，0.04wt％≤v≤0.06wt％，0.09wt％≤ti≤0.14wt％，0.07wt％≤cr≤0.025wt％，s≤0.005wt％，p≤0.020wt％，97.0wt％≤fe≤99.0wt％；其中，所述nb、v和ti的重量百分含量满足：nb wt％+v wt％+ti wt％＜0.24wt％。
35.所述氧化铁皮包括fe3o4+α-fe共析组织、feo，以及fe3o4，其中，所述fe3o4+α-fe共析组织的质量占所述氧化铁皮总量的30～40％。
36.根据本发明实施例的高强钢，通过对各组分的种类和含量的控制，使得各组分之间起到协同增效作用，从而赋予高强钢兼具优良塑性和较高的强度，并且表面掉粉少。
37.根据本发明的实施例，c是提高钢强度的有效元素，本技术中采用较低的碳含量，既能保证nb、ti的充分析出，发挥细晶强化和沉淀强化作用，又能避免生成珠光体。
38.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，c的质量百分含量满足：0.065wt％≤c≤0.105wt％。例如，c为0.065wt％、0.075wt％、0.085wt％、0.095wt％或0.105wt％。c的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
39.根据本发明的实施例，mn能固溶在钢板中，既起到固溶强化作用，又起到脱硫的作用，减少钢的热脆性。
40.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，mn的质量百分含量满足：1.45wt％≤mn≤1.65wt％。例如，mn为1.45wt％、1.50wt％、1.55wt％、1.60wt％或1.65wt％。mn的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
41.根据本发明的实施例，si作为脱氧剂，以减少钢中气体含量，但其含量过高会影响焊接性和表面质量。本技术采用质量百分含量为0.07～0.15wt％的si，上述含量的si既能起到脱氧的作用，又能阻止钢基体表面形成大量红锈类尖晶石feo.sio2氧化铁皮。
42.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，si的质量百分含量满足：0.07wt％≤si≤0.15wt％。例如，si为0.07wt％、0.08wt％、0.10wt％、0.12wt％、0.14wt％或0.15wt％。si的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
43.根据本发明的实施例，nb在控轧控冷过程中具有细晶强化效果，通过nb的碳氮化物的析出可以阻止原始奥氏体晶粒粗化，起到细化晶粒、提高低温韧性的作用。另外，细小的nb的碳氮化物析出物还能发挥沉淀强化作用，也有利于提高钢板强度。
44.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，nb的质量百分含量满足0.02wt％≤nb≤0.06wt％。例如，nb为0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％或0.06wt％。nb的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
45.根据本发明的实施例，v能有效细化钢的晶粒尺寸，同时在钢中形成纳米级析出相，能有效提高钢板强度。
46.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，v满足0.04wt％≤v≤0.06wt％。例如，v为0.04wt％、0.05wt％或0.06wt％。v的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
47.根据本发明的实施例，ti在连铸凝固过程中与氮结合形成tin，tin的存在可以抑制焊接热影响区晶粒的粗化。
48.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，ti满足0.09wt％≤ti≤0.14wt％。
例如，ti为0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％或0.14wt％。ti的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
49.根据本发明的实施例，nb、v和ti的重量百分含量满足：nb wt％+v wt％+ti wt％＜0.24wt％，充分利用各元素的细晶强化和沉淀强化效果，获得具有较高强度和塑性的高强钢。
50.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，nb、v和ti的重量百分含量之和为0.23wt％、0.20wt％、0.15wt％、0.12wt％、0.11wt％、0.10wt％、0.08wt％、0.06wt％、0.05wt％或0.02wt％等，也可以是以上数值的任意组合范围。
51.根据本发明的实施例，cr能有效阻碍铁的二次氧化，质量百分含量在0.07～0.15wt％的cr能在钢基体表面产生致密保护膜，有效地抑制氧化铁皮的产生，使氧化铁皮厚度薄且不易掉落。
52.在一些实施例中，为了综合改善高强钢的性能，cr满足0.07wt％≤cr≤0.025wt％。例如，cr为0.07wt％、0.09wt％、0.12wt％、0.15wt％、0.18wt％、0.20wt％、0.22wt％或0.25wt％。cr的质量也可以是以上数值的任意组合范围。
53.根据本发明的实施例，p和s作为钢中有害夹杂对钢的冷弯性能和焊接特性具有巨大的损害作用；本发明从降低生产成本和提高产品质量出发，将p含量控制在≤0.020wt％，将s含量控制在≤0.005wt％，减少磷和硫对高强钢冷弯、焊接性能的影响。
54.根据本发明的实施例，氧化铁皮包括fe3o4+α-fe共析组织、feo，以及fe3o4，其中，所述fe3o4+α-fe共析组织的质量占所述氧化铁皮总量的30～40％，所述feo的质量占所述氧化铁皮总量的15～20％，其余为fe3o4相。
55.在一些实施例中，表面氧化铁皮中fe3o4+α-fe共析组织占氧化铁皮总量的30～40％，例如，30％，32％、35％、36％、38％或40％，也可以是以上数值的任意组合范围。
56.具体地，在终轧的冷却生产中形成一定量的feo和先共析fe3o4，随后在卷取时，通过卷取温度来控制feo的共析反应，使钢表面发生一定量的膨胀而减少脱粉率，从而控制钢卷表面的掉粉现象。
57.高强钢在后续加工过程中，特别是冷加工矫直过程中最容易引起表面氧化铁皮掉粉。但本技术实施例的高强钢在后续冷加工矫直过程中，残余feo相能有效吸收部分破坏应力，表面氧化铁皮的脱落掉粉少。
58.本技术实施例的高强钢不仅强度高，而且表面氧化铁皮掉粉少，可应用于商用车的大梁及结构上，可提高汽车结构件的成形性能、涂装性能和疲劳性能，大大提高汽车的使用寿命。
59.高强钢的制备
60.本发明第二方面的实施例提供一种制备高强钢的方法，该方法包括如下步骤：
61.1)将钢坯进行加热处理；
62.2)除鳞和轧制，所述轧制中精轧的终轧温度为850～920℃；
63.3)层流冷却，所述层流冷却采用前端集中冷却；
64.4)卷取，所述卷取温度为550～610℃；
65.5)自然空冷，制得所述高强钢。
66.在一些实施例中，步骤1)中加热处理具体为将所述钢坯在120～180min内加热至
1200～1250℃，保温至少30min。
67.需要说明的是，步骤1)中加热处理具体为将所述钢坯在120～180min内加热至1200～1250℃，保温至少30min，目的是使微合金化元素完全固溶并形成碳氮化物，阻碍原奥氏体晶粒的长大，细化晶。
68.在一些实施例中，步骤2)中除鳞时所用高压水的压力为18～20mpa，所述高压水与所述板坯的相对速度为1.0～1.2m/s。
69.需要说明的是，除鳞时所用高压水的目的是去除炉生和次生氧化铁皮。
70.在一些实施例中，步骤2)所述除鳞和轧制包括依次进行的粗除鳞、粗轧、道次除鳞、精除鳞和精轧。
71.需要说明的是，粗轧阶段采用5或7道次轧制，基数道次除鳞，随后精轧除鳞压力为18～20mpa；精轧阶段开轧温度控制在960～1020℃，终轧温度控制在850～920℃，精轧机末道次压下率≤15％；精轧阶段采用7道次轧制，并在各机架间进行水冷；轧制凸度为25-45μm；
72.在一些实施例中，步骤3)所述前端集中冷却包括前段快冷和均匀冷却，所述前段快冷的冷却速度为30～40℃/s，所述均匀冷却的冷却速度为6～10℃/s。
73.需要说明的是，将精轧过后的板坯进行层流冷却，层流冷却系统采用高架紧凑式布局，冷却方式采用前段集中方式且不开启超快冷集管，避免冷却过大造成次生氧化铁皮破碎，控制冷却速度为30～40℃/s；
74.在一些实施例中，将卷取温度控制在550～610℃，可以合理控制feo的共析转变。例如，卷取温度为550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃或610℃。将卷取温度控制在550～610℃的理由是在该范围内可合理控制feo的共析转变，达到降低掉粉率的目的。
75.需要说明的是，最后采用自然空冷的方式对卷后钢卷进行冷却，以得到的高强钢中，表面氧化铁皮中fe3o4+α-fe共析组织占氧化铁皮总量的30～40％，feo的质量占氧化铁皮总量的15～20％，其余为fe3o4的混合结构。
76.根据本发明实施例的高强钢的制备方法在钢坯的轧制过程中，控制终轧温度为850～920℃，在该温度下形成一定量的feo和先共析fe3o4；在卷取过程中控制卷取温度为550～610℃，通过在该温度下卷取来控制共析反应，使钢表面发生一定量的膨胀而减少脱粉率，从而控制钢卷表面的掉粉现象。
77.实施例
78.实施例1
79.所述高强钢的化学组分及其含量是：c为0.08wt％，mn为1.48wt％，si为0.08wt％，nb为0.056wt％，v为0.05wt％，ti为0.10wt％，cr为0.12％，s为0.002wt％，p为0.011wt％，其余为fe和不可避免的杂质。
80.板坯在加热炉中加热至1200℃，并保温3.5h，使微合金化元素完全固溶并形成碳氮化物，阻碍原奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。
81.板坯经加热炉出炉后，粗除鳞高压水去除炉生氧化铁皮，除鳞速度为1.0m/min，除鳞压力为20mpa。
82.一次除鳞后的板进行粗轧5个道次轧制，然后粗轧基数道次进行二次除鳞，随后经精除鳞高压水进行3次除鳞，除鳞压力为20mpa。
83.三次除鳞后的板坯经辊道输送至精轧机组进行7道次轧制，精轧开轧温度设为990℃，终轧温度设为850℃，凸度为40μm，精轧过程中在各机架间增大水量进行水冷，实现低温快轧。
84.精轧过后的板坯经层流冷却系统进行冷却，冷却方式采用前段集中冷却的方式冷却至607℃进行卷取、冷却速度控制在30～40℃/s之间。
85.对卷取后的钢卷采用自然空冷方式进行冷却，以得到fe3o4+α-fe共析组织和少量feo混合结构。
86.对冷却至室温的带钢开卷矫直，采用体式显微镜对带钢表面进行拍照，利用ipp软件对照片进行处理分析，计算出表面氧化层脱落部分所占百分比，得到表面氧化层掉粉率。
87.采用拉伸试验机检测材料的强度，式样尺寸为330*25(中部宽度)的“哑铃”样，屈服强度为746mpa，抗拉强度为782mpa，断后延伸率为21％。
88.利用线切割机在距热轧高强钢表面1/4处切取尺寸为10mm
×
10mm
×
15mm试样，如附图所示：图1和图2为实施例1高强钢氧化铁皮的扫描sem断面形貌和表面氧化铁皮形貌图。由图1，经计算可知，所制备的高强钢断面氧化铁皮基体界面处由fe3o4构成，中间层由35％的fe3o4+α-fe共析组织和19％的残余feo相间构成，在矫直过程中吸收了部分破坏应力，减少了氧化铁皮的脱落掉粉；对图2掉粉率进行计算，氧化铁皮的掉粉率为9.3％。
89.实施例2
90.高强钢的化学组分及其含量是：c为0.075wt％，mn为1.51wt％，si为0.12wt％，nb为0.045wt％，v为0.046wt％，ti为0.125wt％，cr为0.08％，s为0.003wt％，p为0.015wt％，其余为fe和不可避免的杂质。
91.板坯在加热炉中加热至1220℃，并保温3.2h，使微合金化元素完全固溶并形成碳氮化物，阻碍原奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。
92.板坯经加热炉出炉后，粗除鳞高压水去除炉生氧化铁皮，除鳞速度为1.0m/min，除鳞压力为20mpa。
93.一次除鳞后的板坯粗轧5个道次轧制，然后粗轧基数道次进行二次除鳞，随后经精除鳞高压水进行3次除鳞，除鳞压力为20mpa。
94.三次除鳞后的板坯经辊道输送至精轧机组进行7道次轧制，精轧开轧温度设为1000℃，终轧温度设为859℃，凸度为35μm，精轧过程中在各机架间增大水量进行水冷，实现低温快轧。
95.精轧过后的板坯经层流冷却系统进行冷却，冷却方式采用前段集中冷却的方式冷却至595℃进行卷取、冷却速度控制在30～40℃/s之间。
96.对卷取后的钢卷采用自然空冷方式进行冷却，以得到fe3o4+α-fe共析组织和少量feo混合结构。
97.对冷却至室温的带钢开卷矫直，采用体式显微镜对带钢表面进行拍照，利用ipp软件对照片进行处理分析，计算出表面氧化层脱落部分所占百分比，得到表面氧化层掉粉率。
98.采用拉伸试验机检测材料的强度，式样尺寸为330*25(中部宽度)的“哑铃”样，屈服强度为762mpa，抗拉强度为795mpa，断后延伸率为22％。
99.附图3和图4为为实施例1高强钢氧化铁皮的扫描sem断面形貌和表面氧化铁皮形貌图。由图3，经计算可知，所制备的高强钢断面氧化铁皮基体界面处由fe3o4构成，中间层由
30％的fe3o4+α-fe共析组织和23％的残余feo相间构成，在矫直过程中吸收了部分破坏应力，减少了氧化铁皮的脱落掉粉；对图4掉粉率进行计算，氧化铁皮的掉粉率为10.4％。
100.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。