汽車用中錳高強鋼及其生產方法
2023-09-27 05:38:15 1
汽車用中錳高強鋼及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種汽車用中錳高強鋼及其生產方法，該鋼的化學成分重量百分比為：C：0.13～0.19％，Si：0.15～0.25％，Mn：5.5～6.5％，P：0～0.09％，Nb：0.02～0.05％，Mo：0.16～0.25％，Al：1.2～1.8％，S：0～0.01％，N：0～0.003％，其餘為Fe及不可避免雜質；方法包括冶煉、澆鑄、固溶處理、熱軋、冷軋及退火步驟，固溶處理的溫度為1180～1220℃，保溫時間為0.8～1.2h；熱軋的開軋溫度為1050～1100℃，終軋溫度為850～890℃；冷軋壓下率為率60～80％；退火溫度為630～670℃，保溫時間為1～2h。本發明鋼具有高強度和優良的塑性，其強塑積既確保了其可用於生產形狀複雜的汽車部件，又不至於高的過剩，利用較低的生產成本獲得了汽車用鋼材，在輕量化車身設計中具有極好的應用前景。
【專利說明】汽車用中錳高強鋼及其生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金技術，具體地指一種汽車用中錳高強鋼及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 隨著汽車工業發展，市場對小排量和低能耗汽車的需求日益提高。而汽車每減輕 10%的重量，燃料消耗可降低3?7%。從成本，能源，安全及環境等方面來考慮，汽車輕量 化是現代汽車產業發展的必然趨勢。鋼鐵材料在整車總重中佔到了 55?70%，因此，對鋼 鐵材料進行性能優化和升級是推動汽車輕量化進程的重要手段。TRIP鋼（相變誘導塑性 鋼）和TWIP鋼作為高強度汽車用鋼應運而生，現已廣泛應用在汽車上。
[0003] 傳統TRIP鋼是第一代先進高強度用鋼中的一種，因其形變過程中能產生奧氏 體向馬氏體的轉變，其具有高塑性，高應變硬化性及高能量吸收能力，但其強塑積一般在 15?25GPa%，不適合用於生產形狀較複雜的零部件，而且傳統TRIP鋼還因合金元素添加 過多，存在成本高及生產工藝控制難等問題。TWIP鋼屬於第二代先進高強鋼，通過產生孿 晶而得到高的塑性和強度，但其同樣存在因合金元素添加過多而導致成本較高的問題，而 且TWIP鋼的強塑積高達40GPa%以上，這對於汽車安全件或結構件用鋼來說，該強塑積是 過剩的，不利於節約生產成本。
[0004] 其中，CN201310560593. 2中公開了一種高強度高塑性中錳冷軋鋼板及其製備方 法，該高強度高塑性中錳冷軋鋼板主要成分質量百分含量為：C :0. 15?0. 25%，Mn :7? 8%，Si :1. 2?1. 8%，Al :<0. 05%，按照成分進行冶煉，並鑄造成坯，鑄坯經多道次熱軋得 到熱軋板，對熱軋板進行兩次中間熱處理和兩個階段的冷軋，中間熱處理溫度為Arl以上 80?120°C，保溫時間8h及以上，兩階段冷軋，其變形量均為30?50%，冷軋鋼板的最終熱 處理為Arl+70°C及以上退火IOmin?2h ;CN201310681656. X公開了一種抗拉強度IOOOMPa 以上，總延伸率60%以上，強塑積約60GPa%以上的冷軋中錳TRIP鋼及其製備方法，該冷軋 中錳TRIP鋼的化學成分重量百分比分別為含CO. 15?0. 20%，Mn8. 0?11. 0%，A13. 0? 4. 0 %，NbO?0. 040 %，餘量為Fe及雜質，該冷軋TRIP鋼的製備方法包括冶煉、鍛造、熱軋、 軋後熱處理、酸洗、冷軋及軋後熱處理。上述兩篇文獻中的鋼種，加入的合金元素含量較高， 生產綜合成本高，未能在汽車生產領域廣泛應用。
[0005] 另外，CN201110343384. 3公開了一種750MPa?880MPa級車輛用高強鋼及其生產 方法，其化學成分重量百分比為：C :0· 07?0· 09%，Si :0· 15?0· 25%，Mn :1· 4?L 9%， Nb :0· 04 ?0· 06%，M〇 :0 ?0· 15%，V :0 ?0· 04%，Ti :0· 07 ?0· 14%，A1 :0· 01 ?0· 06%， P :彡0.02%，S :彡0.01%，K 0.008%，其餘為Fe及不可避免雜質；生產方法為：冶煉、 鑄造成鑄坯，加熱至1180?1250°C，終軋溫度為820?850°C，終冷溫度為560?600°C，鋼 卷下線後進行緩冷處理，材料強度可達750MPa?880MPa，同時具有良好的低溫衝擊韌性和 冷成型性能。該鋼種強度級別較高，但塑性不能保證，強塑積級別不能滿足汽車部件生產要 求。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的就是要提供一種汽車用中錳高強鋼及其生產方法，該鋼具有高強度 和優良塑性，在滿足汽車用鋼需求的同時大幅降低了生產成本。
[0007] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種汽車用中錳高強鋼，該鋼的化 學成分重量百分比如下：C :0· 13?0· 19%，Si :0· 15?0· 25%，Mn :5· 5?6. 5%，P :0? 0· 09%，Nb :0· 02 ?0· 05%，Mo :0· 16 ?0· 25%，Al :1· 2 ?L 8%，S :0 ?0· 01%，N :0 ? 0. 003 %，其餘為Fe及不可避免的雜質。
[0008] 進一步地，該鋼的化學成分重量百分比如下：C :0. 167?0. 19%，Si :0. 166? (λ 25%，Mn :5· 5 ?5· 9%，P :0· 04 ?0· 08%，Nb :0· 021 ?（λ 035%，M〇 :0· 20 ?（λ 25%，A1 : L 5?I. 79%，S :0· 004?0· 009%，N :0· 0015?0· 0029%，其餘為Fe及不可避免的雜質。
[0009] 一種上述汽車用中錳高強鋼的生產方法，包括冶煉、澆鑄、固溶處理、熱軋、冷軋及 退火的步驟，所述固溶處理的溫度為1180?1220°C，保溫時間為0. 8?I. 2h ;所述熱軋，開 軋溫度為1050?IKKTC，終軋溫度為850?890°C ;所述冷軋，壓下率為率60?80% ;所 述退火，退火溫度為630?670°C，保溫時間為1?2h。
[0010] 進一步地，所述固溶處理溫度為1200?1220°C，保溫時間為1?I. 2h。
[0011] 進一步地，所述熱軋的開軋溫度為1080?IKKTC，終軋溫度為870?890°C。
[0012] 進一步地，所述冷軋，壓下率為率75?80 %。
[0013] 更進一步地，所述退火，退火溫度為650?670°C，保溫時間為1?I. 5h。
[0014] 以下就本發明的化學成分及生產方法進行分析說明：
[0015] ⑴化學成分
[0016] C :碳元素通過固溶強化可以提高TRIP鋼的強度和硬度，但其過高會阻礙形變過 程中馬氏體的相變，因此，本發明將碳的含量控制在0. 13?0. 19%。
[0017] Mn :TRIP鋼主要是通過相變來得到高強度和高塑性，而TWIP鋼通過孿晶的產生來 得到高塑性，高含量的錳會使鋼出現TWIP效應，合適的錳含量才能得到TRIP效應，同時，Mn 元素的添加可以提高殘餘奧氏體的穩定性，因此，Mn含量的設計比較關鍵，本發明採用中錳 體系，將Mn的含量控制在5. 5?6. 5 %。
[0018] Si :Si是常用的脫氧劑，有固熔強化作用，能提高淬透性和抗回火性，有利於提 高鋼的彈性極限和改善其綜合性能，增加鋼在自然條件下的耐蝕性，但Si含量較高時，降 低了鋼的韌性、塑性及延展性，易導致冷脆不利於焊接。因此，本發明將Si的含量控制在 0. 15 ?0. 25%。
[0019] Nb :Nb可以顯著提高鋼的奧氏體再結晶溫度，擴大未再結晶區範圍，實現嚴格的 未再結晶區軋制，促進鐵素體晶粒的細化，以起到改善強度和韌性的作用，Nb與C結合生成 的碳化物會在軋制過程中阻礙奧氏體晶粒的長大，具有顯著的細晶強化和析出強化作用， 但是鈮鐵屬於貴重合金，含量增高時將增加鋼材成本。因此，本發明將Nb的含量目標值控 制在 0· 02 ?0· 05%。
[0020] Mo :Mo元素能使鋼的晶粒細化，提高鋼的淬透性，當Mo含量超過0.25 %時，鋼 的脆性大幅增加，導致折彎開裂機率的大大增加，結合成型要求，本發明將Mo含量控制在 0. 16 ?0. 25%。
[0021] Al :鋁元素是鐵素體形成元素，它的添加改變鐵碳平衡相圖的平衡特徵，使鐵素體 向奧氏體轉變的溫度提高，單向奧氏體區縮小，擴大兩相區，加強奧氏體的穩定作用，但鋁 元素含量過高，成本也隨之增加，因此，本發明控制Al含量為1.2?1.8%。
[0022] P :P對鋼的韌性及塑性不利，因此，本發明控制P含量彡0. 09%。
[0023] S :鋼中S含量過高產生的MnS夾雜會使鋼的縱橫向性能產生明顯差異，惡化低溫 韌性，且會明顯降低鋼的耐候性能，因此，本發明控制S含量< 0.01%。
[0024] (1)生產方法
[0025] 由於汽車用先進高強鋼主要用於安全件或結構件，其複雜程度不會太高，在鋼種 的化學成分設計上，採用低合金成本設計，在保證產品較高強度和良好的成形性能的同時， 使其強塑積不至於過剩；而且在工藝設計上，採用合適的軋制和熱處理工藝，在提高其強塑 積的同時使其兼具TRIP鋼特性，並具備良好的表面質量；本發明鋼冶煉採用潔淨鋼生產技 術，在熱軋前進行固溶處理，採用大壓下量冷軋，並控制退火過程，使鋼生成超細晶納米級 鐵素體和奧氏體組織，從而在後續形變時產生相變而獲得較高的強度和極高的塑性，最終 保證了低成本和高而不過剩的強塑積效果，滿足汽車安全件和結構件對鋼材的性能要求。
[0026] 其中，熱軋前的固溶處理過程可以使鋼內組織充分奧氏體化；而冷軋工藝中影響 最終性能的是冷軋壓下率；退火工藝對中錳TRIP鋼的性能有重要影響，在退火過程中，中 錳TRIP鋼需要完成再結晶，並讓奧氏體晶粒生長，為後續相變提供有利條件，從而退火過 程的溫度和保溫時間也直接決定了鋼最終的強度和延伸率。因此，本鋼種通過優化設計 鋼種化學成分，並在生產過程中控制固溶處理溫度為1180?1220°C，保溫時間為0. 8? I. 2h，之後進行熱軋，控制粗軋溫度為1050?IKKTC，終軋溫度為850?890°C，乳制完成 後在油介質中快速冷卻，冷軋採用60?80%的大壓下率，並控制退火溫度為630?670°C， 保溫時間為1?2h。
[0027] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0028] 其一，本發明通過合理設計鋼種成分，採用中錳體系，並優化生產工藝，冷軋採用 大壓下率，得到成品組織為超細晶納米級鐵素體和奧氏體的多相組織，從而製得強塑積介 於傳統TRIP鋼和TWIP鋼之間的新型TRIP鋼，其不但具有傳統TRIP鋼的高塑性，高應變硬 化性及高能量吸收能力，而且具有高強度和優良的表面質量；其強塑積為30?41GPa%，屈 服強度可高達95010^，抗拉強度可高達120010^，伸長率為30%左右。
[0029] 其二，本發明控制合金元素的種類與添加量，大幅降低了生產成本；同時，本發明 鋼的強塑積既確保了其可用於生產形狀複雜的汽車部件，又不至於高的過剩，從而利用較 低的生產成本獲得了滿足現代汽車安全件和結構件的生產鋼材，在輕量化車身設計中具有 極好的應用前景。
[0030] 其三，本發明鋼因其高能量吸收能力，在碰撞過程中可以吸收大量碰撞能量，從而 提升了汽車的安全性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為實施例1中鋼板的金相組織結構圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，便於更清楚地了解本發明， 但它們不對本發明構成限定。
[0033] 實施例1
[0034] 鋼的化學成分及其重量百分數如下：C :0. 167%，Si :0. 166%，Mn :5. 9%，P : 0· 05%，Nb :0· 035%，Mo :0· 20%，Al :1· 5%，S :0· 006%，N :0· 0017%，其餘為 Fe 及不可避 免的雜質。
[0035] 1)冶煉：進行轉爐冶煉，控制冶煉後出鋼的化學成分；
[0036] 2)連鑄：將出鋼澆鑄成鑄坯；
[0037] 3)固溶處理：控制固溶處理溫度為1200°C，保溫時間為Ih ;
[0038] 4)熱軋：在固溶處理後進行熱軋，控制開軋溫度為1100°C，終軋溫度為870°C，熱 軋完成後在油介質中快速冷卻；
[0039] 5)冷軋：採用75%的壓下率進行冷軋；
[0040] 6)退火：連續退火均熱段溫度為650°C，保溫時間為I. 5h。
[0041] 製得的鋼的金相組織見圖1，為超細晶納米級鐵素體和奧氏體的多相組織，晶粒細 密均勻；鋼板的性能參數見下表1。
[0042] 實施例2 :
[0043] 鋼的化學成分及其重量百分數如下：C:0. 13%，Si :0.25 %，Mn :6. 49%，P : 0· 08%，Nb :0· 021%，M〇 :0· 16%，A1 :1. 21%，S :0· 009%，N :0· 0029%，其餘為 Fe 及不可避 免的雜質。
[0044] 1)冶煉：進行轉爐冶煉，控制冶煉後出鋼的化學成分；
[0045] 2)連鑄：將出鋼澆鑄成鑄坯；
[0046] 3)固溶處理：控制固溶處理溫度為1220°C，保溫時間為Ih ;
[0047] 4)熱軋：在固溶處理後進行熱軋，控制開軋溫度為1050°C，終軋溫度為850°C，熱 軋完成後在油介質中快速冷卻；
[0048] 5)冷軋：採用60%的壓下率進行冷軋；
[0049] 6)退火：連續退火均熱段溫度為630°C，保溫時間為2h。
[0050] 製得的鋼鋼板的性能參數見下表1。
[0051] 實施例3:
[0052] 鋼的化學成分及其重量百分數如下：C:0. 19%，Si :0. 151 %，Mn :5. 5%，P : 0· 04%，Nb :0· 049%，M〇 :0· 25%，A1 :1. 79%，S :0· 004%，N :0· 0015%，其餘為 Fe 及不可避 免的雜質。
[0053] 1)冶煉：進行轉爐冶煉，控制冶煉後出鋼的化學成分；
[0054] 2)連鑄：將出鋼澆鑄成鑄坯；
[0055] 3)固溶處理：控制固溶處理溫度為1180°C，保溫時間為Ih ;
[0056] 4)熱軋：在固溶處理後進行熱軋，控制開軋溫度為1080°C，終軋溫度為890°C，熱 軋完成後在油介質中快速冷卻；
[0057] 5)冷軋：採用80%的壓下率進行冷軋；
[0058] 6)退火：連續退火均熱段溫度為670°C，保溫時間為lh。
[0059] 製得的鋼鋼板的性能參數見下表1。
[0060] 表 1
[0061]
【權利要求】
1. 一種汽車用中錳高強鋼，其特徵在於：該鋼的化學成分重量百分比如下：c :0. 13? 0? 19 %，Si :0? 15 ?0? 25 %，Mn :5. 5 ?6. 5 %，P :0 ?0? 09 %，Nb :0? 02 ?0? 05 %，Mo : 0.16?0.25%41:1.2?1.8%，5:0?0.01%，^0?0.003%，其餘為卩6及不可避免的 雜質。
2. 根據權利要求1所述汽車用中錳高強鋼，其特徵在於：該鋼的化學成分重量百分比 如下：C :0? 167 ?0? 19%，Si :0? 166 ?0? 25%，Mn :5. 5 ?5. 9%，P :0? 04 ?0? 08%，Nb : 0? 021 ?0? 035%，M〇 :0? 20 ?0? 25%，A1 :1. 5 ?1. 79%，S :0? 004 ?0? 009%，N :0? 0015 ? 0. 0029 %，其餘為Fe及不可避免的雜質。
3. -種權利要求1所述汽車用中錳高強鋼的生產方法，包括冶煉、澆鑄、固溶處理、熱 車L、冷軋及退火的步驟，其特徵在於：所述固溶處理的溫度為1180?1220°C，保溫時間為 0. 8?1. 2h ;所述熱軋，開軋溫度為1050?1KKTC，終軋溫度為850?890°C;所述冷軋，壓 下率為率60?80% ;所述退火，退火溫度為630?670°C，保溫時間為1?2h。
4. 根據權利要求3所述汽車用中錳高強鋼的生產方法，其特徵在於：所述固溶處理溫 度為1200?1220°C，保溫時間為1?1. 2h。
5. 根據權利要求3或4所述汽車用中錳高強鋼的生產方法，其特徵在於：所述熱軋的 開軋溫度為1080?1100 °C，終軋溫度為870?890 °C。
6. 根據權利要求3或4所述汽車用中錳高強鋼的生產方法，其特徵在於：所述冷軋，壓 下率為率75?80%。
7. 根據權利要求3或4所述汽車用中錳高強鋼的生產方法，其特徵在於：所述退火，退 火溫度為650?670°C，保溫時間為1?1. 5h。
【文檔編號】C22C38/12GK104498821SQ201410737988
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】潘利波, 林承江, 鄧照軍, 朱萬軍, 孫宜強, 張志建, 魏星 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司