CN101248203A - 含高Mn含量的可加工性优异的高强度热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

含高Mn含量的可加工性优异的高强度热轧钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于保险杠增强材料或用于汽车车门的缓冲性材料的热轧钢板及其制造方法。该钢板含有，以重量％计，0.2－1％的C、8－15％的Mn、0.05％或更少的S、0.03％或更少的P，余量的Fe和其它不可避免的杂质。该钢板的拉伸强度和总的伸长率的乘积(TS×ToLEl)为24000MPa％或更高。该方法提供了高强度的热轧钢板，该钢板具有高的强度－伸长率平衡值，确保了优异的可加工性。

Description

含高Mn含量的可加工性优异的高强度热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于保险杠增强材料或用于汽车车门的缓冲性材料的热轧钢板。更具体地说，本发明涉及含有高Mn含量、高伸长率以确保优异的可成形性的高强度热轧钢板及其制造方法。
背景技术
在汽车中，保险杠增强材料或门内的缓冲性材料直接关系到汽车碰撞后乘客的安全，其通常由拉伸强度为780MPa或更高的超强度热轧钢板形成。近年来，应对逐渐增加的环境污染方面的法规，在汽车中已越来越多地使用到高强度钢，以增加燃烧效率，并且已多次研究了拉伸强度为780MPa或更高的高强度钢的商业应用。
对于用于汽车的高强度钢，可用的有双相(DP)钢、相变诱起塑性(TRIP)钢和多相钢。
通常，制造汽车用的热轧钢板的方法包括再加热钢锭以使钢成分再次形成固溶体，将钢锭热轧成具有预定厚度的钢板，在室温下冷却该热轧的钢板，以及盘卷该冷却的钢板。在此，以如下方式生产双相钢：在奥氏体区域的温度下热轧再加热的钢锭，以及将该热轧钢板冷却到低于奥氏体向马氏体的转变的Ms温度的冷却精加工温度。在双相钢中，马氏体结构的比例增加引起钢强度增加，铁素体结构的比例增加则导致钢伸长率增加。
但是，双相钢的一个缺点是需要高冷却速率来在低温形成马氏体。
TRIP钢指通过在一部分钢结构中形成保留的奥氏体而具有进一步提高的可加工性的钢。由于TRIP钢因经由加工硬化的转化而具有优异的均一伸长率，且对于800MPa通常具有30％的伸长率(与其它超强度钢相比是优异的)，因此它具有高的拉伸强度-伸长率平衡值。但是，需要具有较高水平的强度的高强度钢来满足汽车车体轻的较高要求。此外，用钢加工更复杂的部件也要求这些组件的整合，从而要求钢的伸长率高于相同强度水平的钢的伸长率30％。
多相钢指通过在热轧期间形成奥氏体、并在冷却盘卷的钢板期间控制冷却速率和冷却精加工温度以在室温形成铁素体、马氏体、小比例的贝氏体和混合相的马氏体和奥氏体而形成的其强度和伸长率都比TRIP钢进一步增加的钢。多相钢由于其加入的少量合金元素而具有优异的可焊性和高的屈服强度。但是，由于伸长率低，多相钢的缺点在于可成形性。
发明内容
技术问题
因此，作出本发明来解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种高强度热轧钢板，它含有高的Mn含量，具有优异的可加工性，Mn的含量控制为8-15％，以形成单相奥氏体结构，确保优异的伸长率，并在变形后形成双晶，阻止引起破裂的缩颈。
技术方案
根据本发明一个方面，可通过提供含有高Mn含量、可加工性优异的高强度热轧钢板来实现上述和其它目标，该钢板含有以重量％计，0.2-1％的C、8-15％的Mn、0.05％或更少的S、0.03％或更少的P，余量的Fe和其它不可避免的杂质，其中，该钢板的拉伸强度和总伸长率的乘积(TS×Tot.El)为24000MPa％或更高。
根据本发明的另一方面，制造含有高Mn含量、可加工性优异的高强度热轧钢板的方法包括：在1180-1220℃的温度下再加热钢锭，该钢锭含有以重量％计，0.2-1％的C、8-15％的Mn、0.05％或更少的S、0.03％或更少的P，余量的Fe和其它不可避免的杂质；在800℃或更高的温度下精热轧该再加热的钢锭；在600℃或更高的温度下冷却该热轧的钢板，接着将该冷却的钢板盘卷；其中，该钢板的拉伸强度和总的伸长率的乘积(TS×Tot.El)为24000MPa％或更高。
有利效果
从以上描述可以看出，本发明提供含有高Mn含量、可加工性优异的高强度热轧钢板，该钢板比本领域已知具有优异的伸长率的TRIP钢更高的强度-伸长率平衡值。
实施本发明的最佳方式
下文将详细描述优选的实施方式。
对于一般的具有铁素体结构的高强度钢，由位错移动引起的滑动导致变形，变形量的增加则导致较高程度的加工硬化，这又导致晶界上的变形集中，从而导致缩颈。当发生缩颈时，增加比例的加工硬化无法弥补缩颈导致的横截面的减少比例，结果导致钢断裂。
提供本发明以解决高强度钢存在的这个典型问题，本发明的特征是将Mn含量控制在8-15wt％，以形成单相奥氏体结构，从而确保优异的伸长率，并通过产生双晶来防止在变形后形成断裂的缩颈。换言之，本发明的钢具有与常规的高强度钢不同的变形特征。具体地说，本发明的钢是双晶诱导的塑性钢，它的Mn含量高，因此具有奥氏体结构，在对它施加应力后形成双晶。在此，与导致变形集中的位错不同，双晶在加工硬化后导致很少的变形集中，从而提供优异的伸长率。此外，TRIP钢在变形后发生转化，该变形集中在马氏体上。但是，本发明的TWIP钢在变形后不发生转化而保持奥氏体结构，因而提供优异的伸长率。
下文将从组成和制造方法方面描述本发明。
钢的组成
C：0.2-1重量％(下文统一用“％”)
碳(C)是钢中最重要的组分。C与钢的所有理化性质如强度、韧性、抗腐蚀性等密切相关，并对钢的这些性质影响最大。如果C含量低于0.2％，则不仅奥氏体的稳定性会减小，而且次生相的比例也会减少，从而导致强度降低。如果C含量超过1％，则不仅钢的可焊性变差，次生相的比例也快速增加，从而使可加工性迅速变差。因此，C含量优选为0.2-1％。
Mn：8-15％
锰(Mn)是奥氏体的稳定化元素，它通过改善淬透性而增加钢的强度。根据本发明，Mn的含量需要为8％或更高，以获得稳定的奥氏体结构。如果Mn的量超过15％，则会产生各种问题，如钢制造过程中的过量负荷、可焊性变差、形成内含物以及制造成本增加。因此，Mn的含量优选为8-15％。
S：0.05％或更少
硫(S)是钢中的杂质元素。如果S含量超过0.05％，则在热轧的钢板上产生粗的MnS沉积物，使钢的可加工性和韧性变差。因此，S含量较佳为0.05％或更少。
P：0.03％或更少
磷(P)是钢中的杂质元素。如果P含量超过0.03％，则钢的韧性变差。因此，P含量优选为0.03％或更少。
此外，本发明的钢中还可含有Al、Ni和Cu中的至少一种。
Al：0.3-3％
铝(Al)是铁素体稳定化元素，它在铁素体中以固溶体状态存在。Al用来增加钢的强度，通常作为脱氧剂加入钢中。此外，在本发明中，Al能在变形过程中通过增加层错能而有效地持续产生双晶。如果Al含量低于0.3％，则增加层错能的效果很小。如果Al含量超过3％，则会存在钢制造或连续铸造过程中喷嘴堵塞和内含物增加的问题。因此，Al含量较佳为0.3-3％。
Ni：2-7％
镍(Ni)是奥氏体稳定化元素，当将它尽可能多地加到钢中时，它对钢的性质有利。如果Ni含量低于2％，则无法获得加入Ni的效果。如果Ni含量超过7％，则会存在制造成本明显增加的问题。因此，Ni含量较佳为2-7％。
Cu：2-5％
铜(Cu)是奥氏体中的固溶体元素，或者它形成沉淀相，从而减少奥氏体的晶粒的量并净化铁素体的晶粒。为了获得这些固溶体和沉淀效果，Cu的含量需为2％或更高。如果Cu含量超过5％，则会存在再加热温度明显增加以及制造成本增加的问题。因此，Cu含量优选为2-5％。
具有上述组成，本发明的热轧钢板具有单相奥氏体结构，并具有30％或更高的伸长率。对于本发明的钢板，拉伸强度-总的伸长率平衡值(TS×Tot.El)是24000MPa％或更高。当考虑到已知具有优异的伸长率的TRIP钢的拉伸强度-总的伸长率平衡值低于24000MPa％时，这个平衡值是非常高的。
制造方法
本发明的制造钢板的方法包括将具有上述组成的钢锭再加热，使铸造过程中分离的组分再次形成它们的固溶体；热轧该再加热的钢锭，形成具有所需厚度的钢板；冷却并盘卷该热轧的钢板，以确保该钢板具有所需性质。下文将详细描述这些步骤。
首先，在制造钢板的方法中，再加热具有上述组成的钢锭。再加热所述钢锭的目的是使铸造过程中分离的组分固溶体化，再加热的温度优选为1180-1220℃。如果再加热温度低于1180℃，铸造过程中分离的组分将不会再次固溶体化。如果再加热温度超过1220℃，则奥氏体的晶粒尺寸增加，铁素体的颗粒变粗，从而降低了钢的强度。
然后，较佳的是在800℃或更高的精热轧温度热轧该再加热的钢锭。如果精热轧的温度低于800℃，则在热轧过程中在所形成的铁素体中诱发大量的位错，并在冷却或盘绕过程中铁素体生长，从而形成粗糙的表面晶粒。
接着，冷却该热轧的钢板，并盘绕。由于本发明的热轧钢板的最终结构是单相奥氏体，该热轧钢板在冷却期间不会发生相转变。因此，本发明并不受限于特定的冷却速率，可具有常规的冷却方式，包括气冷和水冷。在这方面，如果冷却精加工温度低于600℃，则会产生过量残留应力的问题。因此，冷却精加工温度较佳为600℃或更高。
发明的实施方式
下文将结合实施例详细地描述本发明。
实施例
在1200℃下将具有表1所示组成的钢锭再加热1小时后，在860℃的精热轧温度对该钢锭进行热轧。然后，在将热轧的钢板冷却到680℃后，使用钢板制造样品，测量强度和伸长率。结果显示在表2中。
表1
  样品编号   组成(wt％)
  C   Mn   S   P   Al   Ni   Cu
  IS1   0.45   14.9   0.003   0.02   -   -   -
  IS2   0.51   9.98   0.003   0.02   1.00   2.00   2.00
  IS3   0.51   9.98   0.003   0.02   1.00   2.00   3.00
  IS4   0.51   9.98   0.003   0.02   1.00   5.00   2.00
  IS5   0.51   9.98   0.003   0.02   2.00   2.05   2.00
  IS6   0.51   9.98   0.003   0.02   3.00   2.05   2.00
  IS7   0.79   9.98   0.003   0.02   1.02   2.05   2.00
  CS1   0.70   8.02   0.003   0.02   1.05   2.05   2.00
  CS2   0.2   4.0   0.003   0.02   0.11   -   -
IS：本发明的钢；CS：对比的钢
表2
  样品编号   YS(MPa)   TS(MPa)   Uni.El(％)   Tot.El(％)   TS×Tol.El(MPa％)
  IS1   395.0   933.0   38.2   37.5   34987
  IS2   401.7   752.3   31.7   32.1   24149
  IS3   497.0   793.6   33.7   34.8   27617
  IS4   412.0   760.1   48.9   57.4   43630
  IS5   464.9   763.5   41.8   46.2   35274
  IS6   519.7   768.9   31.2   37.2   28603
  IS7   384.4   829.3   30.6   30.6   25377
  CS1   362.6   637.3   13.8   15.9   10133
  CS2   497.8   628.9   14.3   27.8   17455
IS：本发明的钢；CS：对比的钢
从表2可以看出，满足本发明条件的本发明的样品1-7具有优异的强度、伸长率和强度-伸长率平衡值。具体而言，本发明的样品1-7的强度-伸长率平衡值为24000MPa％或更高，从而确保了优异的可加工性和高强度。
相反，对比例1和2在Mn含量方面不满足本发明的条件，其强度-伸长率平衡值低。
应理解，这些实施方式和附图仅仅是说明性的，本发明仅由以下的权利要求书来限定。此外，本领域技术人员要知道，在不偏离所附权利要求书所限定的范围和精神的前提下，可做出各种修改、增加和替换。

Claims (6)

1.一种Mn含量高、可加工性优异的高强度热轧钢板，它含有，以重量％计：0.2-1％的C、8-15％的Mn、0.05％或更少的S、0.03％或更少的P，余量的Fe和其它不可避免的杂质，其中，该钢板的拉伸强度和总的伸长率的乘积(TS×Tot.El)为24000MPa％或更高。
2.如权利要求1所述的钢板，其特征在于，该钢板还含有至少一种选自以下的组分：0.3-3％的Al、2-7％的Ni和2-5％的Cu。
3.如权利要求1和2所述的钢板，其特征在于，所述热轧钢板具有单相奥氏体结构。
4.一种制造Mn含量高、可加工性优异的高强度热轧钢板的方法，该方法包括：
在1180-1220℃的温度下再加热钢锭，该钢锭含有，以重量％计，0.2-1％的C、8-15％的Mn、0.05％或更低的S、0.03％或更低的P，余量的Fe和其它不可避免的杂质；
在800℃或更高的温度下精热轧该再加热的钢锭；以及
在600℃或更高的温度下冷却该热轧的钢板，接着将该冷却的钢板盘卷；
其中，该钢板的拉伸强度和总的伸长率的乘积(TS×Tot.Fl)为24000MPa％或更高。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钢锭含有至少一种选自以下的组分：0.3-3％的Al、2-7％的Ni和2-5％的Cu。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述热轧的钢板具有单相奥氏体结构。
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