800MPa-grade high-work-hardening-rate high-plasticity cold-rolled high-strength steel and production method thereof

18-08-2023 дата публикации
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800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢及生产方法

附图说明

[0030]

图1为实施例1高强钢显微组织图;

图2为实施例1高强钢与对比例普通800MPa冷轧双相钢对照样残余奥氏体测定含量图;

图3为实施例1高强钢与对比例普通800MPa冷轧双相钢对照样加工硬化率曲线图。

技术领域

[0001]

本发明属于冷轧板带生产技术领域,具体涉及一种800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢及生产方法。

具体实施方式

[0031]

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

[0032]

实施例1-6

一种800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,包括转炉冶炼、板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火工序;

(1)冶炼工序:包括转炉、LF精炼、RH真空处理、连铸,根据设定成分范围进行控制。实施例1-6获得的一种800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的化学成分C:0.08~0.19%,Si:0.20~1.0%,Mn:1.70~2.50%,P≤0.015%,S≤0.008%,Als:0.60~0.90%,Cr:0.21~0.41%,Mo:0.08~0.30%,Nb:0.015~0.045%,N≤0.006%,余量为Fe及不可避免的杂质,碳当量Ceq≤0.55%。各实施例冷轧高强钢的化学成分见表1。

[0033]

(2)板坯连铸工序:连铸过程中采用碱性保护渣,轻压下5~8mm。

[0034]

(3)热轧工序,将板坯经过加热1195~1230℃保温180~210min、粗轧采用3+1道次、除鳞水压控制在19~21MPa,终轧温度控制在870~890℃,层流段粗调段冷速控制在30~60℃/s,精调段冷速在20~35℃/s,选用后段冷却方式,卷取温度控制在510~570℃;卷取过程中板带头尾30m温度补偿60~80℃,补偿温度沿轧向每米递减1~2℃控制,产线下线钢卷在保温罩内进行缓冷至室温,热轧组织为铁素体与少量马氏体;各实施例控制参数见表2。

[0035]

(4)酸洗冷轧工序:米巴赫激光焊机采用高功率低焊速焊接工艺,激光输出功率在7~9kW,焊接速度在0.2~0.3m/s,焊机前后加热功率均在1.0~4.0kW之间,拉矫延伸率在0.5~0.8%之间;其中,冷轧压下率为50~81%;各实施例控制参数见表3。

[0036]

(5)连退工序:均热温度控制在780~830℃,均热时间50~120s,缓冷温度控制在620~700℃,快冷温度控制在280~350℃,快冷冷速在10~70℃/s之间,时效开始温度330~380℃,时效结束温度250~300℃,时效时间20~200s,终冷温度≤120℃。平整机延伸率控制在0.5~0.8%。各实施例控制参数见表4。高强钢厚度及性能参数性能见表5,显微组织构成见表6。

[0037]

实施例1~6获得的高强钢的屈服强度为480~550MPa,抗拉强度为790~880MPa,伸长率A80为22~29%,屈强比0.55~0.68,180°冷弯最小弯心半径为0T;钢板厚度0.7~2.5mm,高强钢厚度及性能参数性能见表5。其中,所述钢板抗拉强度Rm,均匀伸长率UE、加工硬化指数n、扩孔率λ关系满足公式1要求。

[0038]

实施例1-6获得的高强钢的显微组织主要为铁素体F与马氏体M,少量贝氏体B及残余奥氏体Ra,其中铁素体F占比35~55%,马氏体M占比40~55%,贝氏体B占比2~7%,残余奥氏体Ra占比3~10%;高强钢的显微组织中M/F比例在0.8~1.41之间,其中残余奥氏体Ra占比3~10%,块状残余奥氏体B-Ra占残余奥氏体40%~60%。残余奥氏体碳C含量在2%~6%,高强钢的显微组织情况见表6,其中其它用Rel表示。

[0039]

对比例:

[0040]

(1)冶炼工序:包括转炉、LF精炼、RH真空处理、连铸,根据设定成分范围进行控制,成分见表1。

[0041]

(2)板坯连铸工序:连铸过程中采用碱性保护渣。

[0042]

(3)热轧工序,将板坯经过加热1200~1240℃保温230 min、粗轧采用3+1道次、除鳞水压控制在18MPa,精轧终轧温度控制在900℃,层流段粗调段冷速控制在30~50℃/s,精调段冷速在20~35℃/s,选用后段冷却方式,卷取温度控制在560~620℃;产线下线钢卷通风处冷却至室温,热轧组织为铁素体与少量马氏体;各实施例控制参数见表2。

[0043]

(4)酸洗冷轧工序:米巴赫激光焊机采用高功率低焊速焊接工艺,激光输出功率在10kW,焊接速度在0.4~0.8m/s,焊机前后加热功率均在10~35%之间,拉矫延伸率在0.2%;冷轧压下率为50%,冷轧至2.0mm厚。对比例控制参数见表3。

[0044]

(5)连退工序:均热温度控制在790~840℃,缓冷温度控制在620~650℃,快冷温度控制在300~350℃,快冷冷速在10~60℃/s之间,时效开始温度300~350℃,时效结束温度240~300℃,终冷温度≤120℃。平整机延伸率控制在0.5~0.8%。各实施例控制参数见表4。高强钢厚度及性能参数性能见表5,其中钢带180°冷弯最小弯心半径为2T不裂。

[0045]

通过附图1-3可以看出,图1为实施例1高强钢显微组织图,通过图1可以看出,实施例1高强钢组织以铁素体为主,其余为均匀分布的少量马奥岛、贝氏体等组织;图2为实施例1高强钢与对比例800MPa冷轧双相钢残余奥氏体测定含量图,图2显示实施例1高强钢奥氏体特征峰较明显,对比例普通800MPa冷轧双相钢对照样无奥氏体特征峰;图3为实施例1高强钢与对比例普通800MPa冷轧双相钢对照样加工硬化率曲线图,图3显示加工硬化率随真应变增大而减小,实施例1高强钢的加工硬化率要高于对比例普通800MPa冷轧双相钢,即实施例1高强钢具有较高的加工硬化率。

[0046]

表1 实施例1-6及对比例高强钢的化学组分及含量(单位:wt%)

实施例CSiMnPSAlsCrMoNbNCeq
10.081.001.700.0100.0050.600.210.300.0150.0050.25
20.150.222.200.0080.0040.800.250.240.0400.0060.35
30.160.402.120.0100.0050.750.340.1850.0200.0050.36
40.130.282.000.0090.0060.730.310.200.0400.0060.32
50.140.361.980.0100.0070.770.330.220.0280.0060.33
60.190.202.500.0150.0080.900.410.080.0450.0040.43
对比例0.110.622.300.0120.0100.020.40-0.0390.0070.29

表2 实施例1-6及对比例热轧工序控制参数

实施例轻压下量/mm板坯加热温度/℃保温时间/min除鳞水压/MPa终轧温度/℃粗调段冷速/℃/s精调段冷速/℃/s卷取温度/℃温度补偿/℃
15121018019880502055060
26123020021870303251063
38122519520.1890432656580
47119521020876423156876
58120520319885463055573
65121519920880453557071
对比例1012302301890038306000

表3 实施例1-6及对比例酸洗冷轧工序控制参数

实施例冷轧厚度/mm冷轧压下率/%激光输出功率/kW焊接速度/m/s拉矫延伸率/%前加热功率/kW后加热功率/kW
12.5507.00.200.504.02.4
21.8557.20.400.802.51.0
30.7818.20.270.723.01.2
40.9647.40.210.713.31.5
51.3439.00.300.551.01.6
62.1528.30.300.623.14.0
对比例2.050100.600.204.01.9

表4实施例1-6及对比例连退工序控制参数

实施例均热温度/℃均热时间/s缓冷温度/℃快冷温度/℃快冷冷速/℃/s平整延伸率/%时效开始温度时效结束温度时效时间/s终点温度/℃
1780105621300230.56350290200101
280560635280410.3533025018379
380950640350700.6738026517558
481054620311370.5036128716367
579894635282500.8035928115576
6830120700280100.713803002082
对比例840100650305600.8030526515593

表5 实施例1-6及对比例高强钢性能情况

实施例厚度/mm<![CDATA[Rp<sub>0.2</sub>/MPa]]>Rm/MPa<![CDATA[A<sub>80</sub>/%]]><![CDATA[Rp<sub>0.2</sub>/Rm]]>nλ/%UE/%公式1
12.550081223.10.620.169023.114.27
21.848780527.50.600.156227.510.33
30.750982826.50.610.185526.511.64
40.949981722.20.610.176322.210.15
51.354085824.40.680.137424.410.32
62.152884725.30.620.158125.314.00
对比例2.052183116.70.550.113116.72.41

表6 实施例1-6及对照例高强钢显微组织情况

实施例F/%M/%B/%Ra/%Rel/%C/%(Ra)B-Ra/%M/F/%
139.1048.207.005.210.494.30411.23
236.5051.304.806.281.123.70521.41
338.7049.104.406.191.615.00481.27
450.0040.004.355.000.654.20450.8
539.4655.002.003.000.543.90531.39
637.1845.625.8010.001.404.10601.23
对比例36.5057.400.000.006.10--1.57

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

背景技术

[0002]

高强钢可以提高显著提高能量能量吸收能力与材料的抗变形能力。冷轧双相(DP)作为第一代AHSS,具有良好的成形性和较低的合金化成本而广泛应用于白车身零部件。然而传统DP钢显微组织为铁素体与马氏体,其中F/M的比例决定了钢板的强度与塑性的匹配,而随强度的提升塑性下降均较快,限制了复杂成形与其应用领域。同时随着汽车制造业的发展与升级,安全与节能已成为汽车生产的主要指标,这就为汽车用钢的生产提出了更高的要求。

[0003]

中国专利公开号CN111748745B、CN114045441A、CN114045437A等专利文献公开了具有高延伸特征的DP钢,上述专利都以C、Mn、Si、Al、Cr为主要合金元素,通过在最终组织中引入残余奥氏体,利用变形过程中的TRIP效应,实现了延伸率的提升。而目前一些引入残余奥氏体的DP钢由于残余奥氏体稳定性的差异,材料的强度与塑性提升也不同,在复杂冲压环境下材料成形性也难以保证有显著改善,冷冲压应用过程中仍存在极大的成形开裂风险。提高材料复杂零件成形性为了充分发挥残余奥氏体的TRIP效应,而残余奥氏体的稳定性主要与其含碳量有关,碳含量越高,稳定性越高,材料越难发生TRIP效应,材料均匀变形能力越差,加工开裂风险较高。

[0004]

加工硬化率高低可以反映材料均匀变形能力与残余奥氏体的稳定性,高加工硬化率表明材料在变形过程中组织协调变形能力高,其残余奥氏体TRIP效应较明显,材料均匀变形能力较高。但残奥与马氏体两相强度差过大,成形过程中极易在两相界出现裂纹,贝氏体与奥氏体、马氏体相强度差均相对较小,成形过程中可以减缓应力集中形成裂纹源,提高材料成形性。因此迫切需要这样一种在引入残余奥氏体过程中实现材料成形性得到稳定提升的冷轧高强钢,即高加工硬化率冷轧高强钢。

发明内容

[0005]

本发明提供了一种800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧双相钢及其生产方法,与同级别传统双相钢相比,本发明双相钢具有良好的成形性与均匀变形能力。本发明可以满足复杂成形结构件的成形问题。

[0006]

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢,所述高强钢的化学成分及质量百分含量如下:C:0.08~0.19%,Si:0.20~1.0%,Mn:1.70~2.50%,P≤0.015%,S≤0.008%,Als:0.60~0.90%,Cr:0.21~0.41%,Mo:0.08~0.30%,Nb:0.015~0.045%,N≤0.0060%,余量为Fe及不可避免的杂质,碳当量Ceq≤0.55%。碳当量公式如下:Ceq=C+Si/55+Cr/20+Mn/19+Al/18+2.2×P+3.24×B+0.133Mn×Mo。

[0007]

本发明所述高强钢的屈服强度Rp0.2为480~550MPa,抗拉强度Rm为790~880MPa,伸长率A80为22~29%,屈强比Rp0.2/Rm为0.55~0.68,180°折弯为0T不裂,加工硬化指数n:0.13~0.18,扩孔率λ为55~90%;钢板厚度0.7~2.5mm。

[0008]

本发明所述钢板抗拉强度Rm,均匀伸长率UE、加工硬化指数n、扩孔率λ关系满足下述公式1,(Rm×UE×n×λ)≥7.4 ,所述抗拉强度单位为MPa。

[0009]

本发明所述高强钢的显微组织主要为铁素体F与马氏体M,少量贝氏体B及残余奥氏体Ra,其中铁素体F占比35~55%,马氏体M占比40~55%,贝氏体B占比2~7%,残余奥氏体Ra占比3~10%;

所述高强钢的显微组织中马氏体M/铁素体F比例在0.8~1.41之间,块状残余奥氏体B-Ra占残余奥氏体40~60%;残余奥氏体碳含量在2~6%。

[0010]

本发明另一目的在于提供一种上述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,所述生产方法包括转炉冶炼、板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火工序;所述热轧工序,精轧终轧温度870~890℃,卷取温度510~570℃;所述连退工序:均热温度780~830℃,均热时间50~120s,缓冷温度620~700℃,快冷温度280~350℃,快冷冷速10~70℃/s,时效开始温度330~380℃,时效结束温度250~300℃,时效时间20~200s,终冷温度≤120℃。

[0011]

本发明所述热轧工序,将板坯经过加热1195~1225℃保温180~210min、粗轧采用3+1道次、除鳞水压控制在19~21MPa,层流冷却粗调段冷速控制在30~60℃/s,精调段冷速在20~35℃/s,选用后段冷却方式,卷取过程中板带头尾30m温度补偿60~80℃,补偿温度沿轧向每米递减1~2℃控制,产线下线钢卷在保温罩内进行缓冷至室温,热轧钢卷组织为铁素体与少量马氏体。

[0012]

本发明所述连退工序:平整机延伸率控制在0.5~0.8%。

[0013]

本发明所述冶炼工序:包括转炉、LF精炼、RH真空处理、连铸,根据设定成分范围进行控制;所述板坯连铸工序:连铸过程中采用碱性保护渣,轻压下5~8mm。

[0014]

本发明所述酸洗冷轧工序:米巴赫激光焊机采用高功率低焊速焊接工艺,激光输出功率在7~9kW,焊接速度在0.2~0.3m/s,焊机前后加热功率均为1.0~4.0kW,拉矫延伸率为0.5~0.8%。

[0015]

本发明所述酸洗冷轧工序:冷轧压下率为50~81%,冷轧至0.7~2.5mm厚。

[0016]

本发明合金设计的理由如下:

C:碳的添加为提高钢铁强度提升的低成本手段,同时碳的迁移与配分可有效实现M/F的比例,影响残余奥氏体的稳定性。碳含量过高,会造成残余奥氏体碳含量过高,稳定性较高,将恶化材料的强塑性。因此为了实现高加工硬化率,本发明中将C元素的含量控制为0.08~0.19%。

[0017]

Mn:锰作为提高淬透性元素之一,并可以通过固溶强化实现钢带强度的提升。同时Mn元素还可提高奥氏体的稳定性,但Mn含量过高将恶化材料的焊接性提高钢带合金成本,故本发明中将Mn元素含量控制为1.70~2.50%。

[0018]

Si:Si可以抑制残余奥氏体分解和碳化物析出,阻碍渗碳体的形成,提升铁素体的强度,硅元素在铁素体中具有一定的固溶强化作用,确保钢材具有足够的强度。但Si元素含量过高,在热轧过程中已形成铁橄榄石等物质而恶化板带的表面质量与焊接性能。因此,本发明中将Si元素的含量控制为0.20~1.0%。

[0019]

Al:可以细化晶粒,强化铁素体,抑制残余奥氏体分解及碳化物析出,同时铝可以有效地抑制贝氏体内碳化物的析出,提高钢板的延展性。而Al元素含量过高,钢水黏度将明显提升会导致连铸生产困难。因此,本发明中将Al元素含量的范围控制在Als:0.60~0.90%。

[0020]

Mo:钼元素为钢中的强化元素,有助于稳定残余奥氏体,促进贝氏体转变,对提高钢的淬透性效果显著。但Mo作为缩小奥氏体相区的元素且成本较高含量不能过高。本发明将Mo元素含量的范围控制在0.08~0.30%。

[0021]

Cr:铬元素可以增加钢的淬透性来保证钢的强度,可促进C向奥氏体扩散,提高奥氏体稳定性。因此,本发明中将Cr元素含量的范围控制在0.21~0.41%。

[0022]

P:P元素是铁素体强化元素,但其极易在晶界发生偏聚,严重降低钢的钢材的塑韧性,本发明中将P元素含量控制在P≤0.015%。

[0023]

S:S元素是钢中的有害元素,严重影响钢材的成形性,其含量越低越好。本发明中将S元素含量控制在S≤0.008%。

[0024]

Nb:微合金化元素Nb通过细晶强化与沉淀强化来提高钢的强塑性,但为了控制生产成本,本发明中将Nb元素含量控制在0.015~0.045%。

[0025]

N:N元素作为低碳钢有害元素,严重恶化钢材塑性,增加其脆断风险。本发明中将N元素含量控制在N≤0.006%。

[0026]

本发明的生产工艺设计的理由如下:

材料组织具有遗传性,热轧工艺参数直接影响冷轧组织的尺寸形态及板带表面质量。

[0027]

将所述板带终轧温度控制在870~890℃,以保证钢在奥氏体区轧制,卷取温度550~570℃,以实现微合金元素的细晶强化作用抑制碳化物的形成,从而实现后续成品中残余奥氏体碳含量的有效控制。采用头尾温度补偿以消除头尾温降过快造成的头尾硬相组织不均问题。

[0028]

退火工艺参数直接决定了材料的组织与性能,尤其软相铁素体和硬相马氏体的相对含量,与残余奥氏体的尺寸和形貌。均热温度在780℃~830℃,均热时间50~120s,组织位于在两相区,部分碳化物未完全分解,保温过程中随奥氏体增加其碳含量显著降低,从而使奥氏体稳定性下降。均热处理形成的部分奥氏体与铁素体能够在缓冷后得以保留,实现组织的良好匹配。高快冷速率以避免奥氏体的完全分解,快冷温度设定280~350℃,并在250~380℃之间进行时效20~200s。其可使马氏体中的C向相邻奥氏体中富集,提高奥氏体稳定性,同时可伴随弥散强化相的析出而进一步强化基体,同时提高马氏体的塑性,实现材料加工硬化率的提升。

[0029]

采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明通过化学成分以及生产工艺的合理控制,最终实现了钢板优良钢的成形性与翻边性,800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的屈服强度为480~550MPa,抗拉强度为790~880MPa,伸长率A80为22~29%,屈强比0.55~0.68,180°折弯0T不裂,加工硬化指数n为0.13~0.18,扩孔率55%~90%。



The invention provides 800MPa-grade cold-rolled high-strength steel with a high work hardening rate and high plasticity and a production method. The high-strength steel comprises the following chemical components in percentage by mass: 0.10 to 0.19 percent of C, 0.20 to 1.0 percent of Si, 1.70 to 2.50 percent of Mn, less than or equal to 0.015 percent of P, less than or equal to 0.008 percent of S, 0.60 to 0.90 percent of Als, 0.21 to 0.41 percent of Cr, 0.16 to 0.36 percent of Mo, 0.015 to 0.045 percent of Nb, less than or equal to 0.006 percent of N and the balance of Fe and inevitable impurities. The production method comprises the procedures of converter smelting, slab continuous casting, hot rolling, pickling cold rolling and continuous annealing. Through reasonable control of the chemical components and the production process, the final steel plate has high work hardening rate and good uniform deformation and flanging property.



0001.

1. 800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢,其特征在于,所述高强钢的化学成分及质量百分含量如下:C:0.08~0.19%,Si:0.20~1.0%,Mn:1.70~2.50%,P≤0.015%,S≤0.008%,Als:0.60~0.90%,Cr:0.21~0.41%,Mo:0.08~0.30%,Nb:0.015~0.045%,N≤0.006%,余量为Fe及不可避免的杂质,碳当量Ceq≤0.55%。

0002.

2.根据权利要求1所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢,其特征在于,所述高强钢的屈服强度为480~550MPa,抗拉强度为790~880MPa,伸长率A80为22~29%,屈强比Rp0.2/Rm为0.55~0.68,180°折弯为0T不裂,加工硬化指数n:0.13~0.18,扩孔率λ为55~90%;钢板厚度0.7~2.5mm。

0003.

3.根据权利要求1或2所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢,其特征在于,所述钢板抗拉强度Rm,均匀伸长率UE、加工硬化指数n、扩孔率λ关系满足下述公式1,(Rm×UE×n×λ)≥7.4。

0004.

4.根据权利要求1或2所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢,其特征在于,所述高强钢的显微组织主要为铁素体与马氏体,少量贝氏体及残余奥氏体,其中铁素体F占比35~55%,马氏体M占比40~55%,贝氏体B占比2~7%,残余奥氏体Ra占比3~10%;

所述高强钢的显微组织中马氏体M/铁素体F比例在0.8~1.41之间,块状残余奥氏体B-Ra占残余奥氏体40~60%;残余奥氏体碳含量在2~6%。

0005.

5.基于权利要求1-4任意一项所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,其特征在于,所述生产方法包括转炉冶炼、板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火工序;所述热轧工序,精轧终轧温度870~890℃,卷取温度510~570℃;

所述连退工序:均热温度780~830℃,均热时间50~120s,缓冷温度620~700℃,快冷温度280~350℃,快冷冷速10~70℃/s,时效开始温度330~380℃,时效结束温度250~300℃,时效处理20~200s,终点温度≤120℃。

0006.

6.根据权利要求5所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,其特征在于,所述热轧工序,将板坯经过加热1195~1225℃保温180~210min、粗轧采用3+1道次、除鳞水压控制在19~21MPa,层流冷却粗调段冷速控制在30~60℃/s,精调段冷速在20~35℃/s,选用后段冷却方式,卷取过程中板带头尾30m温度补偿60~80℃,补偿温度沿轧向每米递减1~2℃控制,产线下线钢卷在保温罩内进行缓冷至室温,热轧钢卷组织为铁素体与少量马氏体。

0007.

7.根据权利要求5所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,其特征在于,所述连退工序:平整机延伸率控制在0.5~0.8%。

0008.

8.根据权利要求5-7任意一项所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,其特征在于,所述冶炼工序:包括转炉、LF精炼、RH真空处理、连铸,根据设定成分范围进行控制;所述板坯连铸工序:连铸过程中采用碱性保护渣,轻压下5~8mm。

0009.

9.根据权利要求5-7任意一项所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,其特征在于,所述酸洗冷轧工序:米巴赫激光焊机采用高功率低焊速焊接工艺,激光输出功率在7~9kW,焊接速度在0.2~0.3m/s,焊机前后加热功率均为1.0~4.0kW,拉矫延伸率为0.5~0.8%。

0010.

10.根据权利要求5-7任意一项所述的800MPa级高加工硬化率高塑性冷轧高强钢的生产方法,其特征在于,所述酸洗冷轧工序:冷轧压下率为50~81%,冷轧至0.7~2.5mm厚。