CN101432455B - 具有优异的翻边可加工性的高锰高强度钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有优异的翻边可加工性的高锰高强度钢板，其用于汽车等的结构构件、缓冲器增强材料和冲击吸收材料。该高强度钢板包括以重量计：0.2％-1.0％的C、10％-25％的Mn、0.3％-3.0％的Al、0.05％或更少的S、0.05％或更少的P、余量的Fe和不可避免的杂质，其中，所述化学元素具有18μm或更大的晶粒尺寸。因为该高强度钢板具有优异的物理性质，如延伸率和扩孔率以及强度，所以该高强度钢板能够有助于汽车部件的形成。

Description

具有优异的翻边可加工性的高锰高强度钢板
技术领域
本发明涉及一种具有优异的翻边可加工性(burring workability)的高锰高强度钢板，其用于汽车等的结构构件、缓冲器增强材料和冲击吸收材料，更具体地讲，本发明涉及一种这样的高锰高强度钢板，其中，通过添加C、Mn和Al来控制其微观结构，从而提高其物理性质，例如强度、伸长率和扩孔率。
背景技术
缓冲器增强材料或室内的冲击吸收材料直接关系到车辆碰撞中的乘客的安全，因此，抗拉强度为780MPa或更高的超高强度热轧钢板已被广泛地用作增强/吸收材料。另外，增强/吸收材料应当具有高伸长率以及高抗拉强度，并要求其具有优异的扩孔率，以提高法兰单元或部件联结单元的可成型性。
为了应对日益严重的环境污染问题的治理的目的，已经越来越多地将高强度钢用在高强度部件中，以提高燃料效率，因此，已经逐渐尝试将抗拉强度为780MPa或更高的高强度钢商业化。
用于汽车的高强度钢的典型示例包括多相钢、双相(DP)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢和孪晶诱发塑性(TWIP)钢。
通常，将制造板片的方法分成：再利用所制造的板坯的偏析组分的再加热工艺；将板坯轧制成最终厚度的板的热轧工艺；在室温下将热轧板冷却/卷绕的冷却工艺。这里，将从加热炉取出的板坯在奥氏体区进行轧制，然后，在冷却工艺中，在比马氏体开始(Ms)温度低的终冷温度下使奥体氏转变成马氏体。此时，将所得到的钢称为双相钢。
双相钢由于马氏体相对于整体结构的比例的增大而具有提高的强度，并且还由于铁素体比例的增大而具有提高的延性。在这种情况下，当增大马氏体比例以提高其强度时，铁素体比例相对地减小，这导致延性劣化。并且，双相钢具有这样一个问题，即，应当提高其冷却速率，以在低温下形成马氏体。
如该方法所述，在轧制工艺中形成奥氏体，并在冷却工艺中通过控制冷却速率、终冷温度等，而在室温下形成铁素体、马氏体、一些贝氏体和混合的马氏体/奥氏体相。所得到的钢为多相钢，且所得到的钢提高了相变诱发塑性钢的强度和延性。
多相钢不具有由马氏体转变导致的屈服比特性，因此，已经将多相钢广泛地用在各种应用领域中，因为它由于使用了的相对少量的添加合金元素而具有优异的可焊性，并且还具有高的屈服强度，尽管由于高屈服强度而致使其可成形性不太令人满意。
此外，在轧制工艺中形成奥氏体、奥氏体或铁素体双相之后，然后在冷却工艺中通过控制冷却速率和终冷温度，而在贝氏体转变温度范围内对其进行热处理，当除了贝氏体转变之外凝聚的奥氏体在室温下保持亚稳状态时，可以制造出相变诱发塑性钢。在目前可商业获得的钢之中，相变诱发塑性钢具有最优异的强度和伸长率平衡(强度×伸长率)。
考虑到处于商业使用阶段的钢，孪晶诱发塑性钢具有最优异的强度×伸长率平衡。孪晶诱发塑性钢是应变硬化性质得到提高的钢，因此，通过调整诸如锰、碳和铝之类的组分而获得稳定的奥氏体单相，并在相变过程中使用位错和孪晶系统作为相变装置，由此抑制了颈缩，并提高了伸长率。
然而，当马氏体经受应变硬化工艺时，软基体相和硬马氏体相的边界在相变或处理工艺过程中足以形成空位，因此，其强度相对于伸长率是优异的，但其扩孔率较差。
相变诱发塑性钢具有低的翻边可加工性，因为相变诱发马氏体和软基体相的边界也在相变过程中形成空位。孪晶诱发塑性钢与相同强度的超高强度钢(双相钢、相变诱发塑性钢等)相比具有相同或类似水平的扩孔率，认为这与孪晶引起的高应变硬化速率有关。
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供了一种高锰高强度钢板，其中，通过调整C、Mn和Al的含量并控制该钢板的微观结构而使其具有50％或更高的延伸率、50,000MPa×％或更高的TS×E1平衡以及40％或更高的扩孔率。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种具有优异的翻边可加工性的高锰高强度钢板，其包括以重量计：0.2-1.0％的C、10-25％的Mn、0.3-3.0％的Al、0.05％或更少的S、0.05％或更少的P、余量的Fe和不可避免的杂质，其中，所述化学元素令人满意地具有18μm或更大的晶粒尺寸。
有益效果
本发明的一方面能够提供一种高强度钢板，因为该高强度钢板具有优异的物理性质，如延伸率和扩孔率以及强度，所以该高强度钢板能够有助于汽车部件的形成。
附图说明
图1是示出根据本发明一个示例性实施例制造的试验样品的晶粒尺寸和抗拉强度×伸长率的相互关系的曲线图。
图2是示出根据本发明一个示例性实施例制造的试验样品的晶粒尺寸和扩孔率的相互关系的曲线图。
图3是示出为了获得在1100℃和2分钟的条件下的相同效果，热处理时间随递增温度的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
本发明人致力于开发一种具有优异的扩孔率以及优异的强度和伸长率的超高强度钢。稳定的奥氏体结构是通过添加大量的C和Mn而制成的，从而显示出优异的伸长率，并且通过在相变期间形成孪晶来抑制缩颈现象。另外，通过添加Al来控制孪晶的比例，由此增大局部伸长率。因此，与无铝的钢相比，本发明的高强度钢板的扩孔率提高了15％，从而确保了大约30％的扩孔率。
然而，高强度钢板需要具有更高的扩孔率，以应用于汽车部件，即，扩孔率越高，越符合需要。然而，认为高强度钢板需要达到大约40％的扩孔率。因此，本发明是在以下事实的基础上提出的，即，通过调整C、Mn和Al的含量并通过热处理使它们的晶粒尺寸变粗大，能够确保高扩孔率以及强度和伸长率。
在下文中，将详细描述根据本发明的高强度钢板中的组分的含量。
碳(C)的含量优选为0.2％-1.0％的范围。
碳(C)是钢中的最重要的组分之一，它与诸如韧性、耐蚀性和强度等所有理化性质密切相关，并对钢的物理性质影响最大。当碳(C)的含量小于0.2％时，奥氏体的稳定性会下降，且双相的比例会减小，而当碳(C)的含量超过1.0％时，由于低可焊性和双相比例的突然增大，可加工性会突然劣化。因此，优选的是，将碳(C)的含量限制到0.2％-1.0％的范围。
锰(Mn)的含量优选为10％-25％的范围。
锰(Mn)是奥氏体稳定剂，它通过提高钢的淬透性来提高钢的强度。在钢中应当存在至少10％的锰，以获得稳定的奥氏体结构。这里，当锰(Mn)的含量超过25％时，会导致炼钢工艺的明显增大的负荷，且可焊性变差，并且还会形成夹杂物。因此，优选的是，将锰(Mn)的含量限制到10％-25％的范围。
铝(Al)的含量优选为0.3％-3.0％的范围。
铝(Al)是铁素体双重稳定剂，它有助于提高钢的强度，并通常作为脱氧剂而加入。同时，铝在相变过程中通过增加堆垛层错能而持续产生孪晶。如果铝(Al)的含量小于0.3％，则对堆垛层错能的影响会小，而当铝(Al)的含量超过3.0％时，在炼钢工艺过程中会不断地发生水口堵塞现象或产生混合夹杂物。优选的是，将铝(Al)的含量限制到0.3％-3.0％的范围。
硫(S)的含量优选为0.05％或更少的范围。
当硫(S)的含量超过0.05％时，在热轧板上形成粗大的MnS，这导致可加工性和韧性变差。因此，优选以尽可能低的量添加硫(S)。
磷(P)的含量优选为0.05％或更少的范围。
当磷(P)的含量超过0.05％时，在热轧板上形成粗大的MnS，这导致可加工性和韧性变差。因此，优选以尽可能低的量添加磷(P)。
根据本发明制造的组合物除了包括上述组分外，还包括余量的Fe和其它不可避免的杂质。
根据本发明的钢板满足18μm或更大的晶粒尺寸的要求，从而确保了优异的翻边可加工性。
具有奥氏体单相结构的高锰钢的质量由奥氏体晶粒尺寸以及奥氏体的稳定性和堆垛层错能来确定。奥氏体的稳定性随着锰、镍和碳的含量增加而提高，进而使高锰钢的质量显著提高。并且，堆垛层错能随着铝的含量增加而增大，从而在转变钢上产生孪晶，并提高钢的伸长率。
高锰超高强度钢的晶粒尺寸与扩孔率密切相关。通常，根据热轧工艺和冷轧工艺制造的钢板的平均晶粒尺寸为8μm。这里，通过改变热轧温度或退火温度来稍微增大板的平均晶粒尺寸，但是难以制造出平均晶粒尺寸为10μm或更大的钢。
根据本发明，可以使用各种方法来确保18μm或更大的平均晶粒尺寸，例如，通过热处理控制晶粒尺寸，等等。因为考虑到活化能，晶粒尺寸控制与高维持温度和时间有关，所以可以以炉冷或空气冷却方式实施热处理之后的冷却工艺，1℃/秒或更大的速率的冷却可以控制相结构。
另外，晶粒尺寸可以是作为热处理结构的奥氏体单相的晶粒尺寸。
本发明的方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
示例
将具有如下表1所列的组分的锭料在1200℃下加热1小时，在900℃进行热轧，然后用水冷却到680℃。在锭料冷却之后，测量在如下表2所列的热处理温度的条件下制造的试验样品的强度、伸长率和扩孔率。在下面表2和表3中列出了结果。
利用重结晶所需的活化能和下面等式来计算达到热处理温度的热处理时间。考虑到高锰钢的活化能为276，210卡/摩尔，当在与1100℃和2分钟相同的热处理条件下计算热处理时间时，在图3中示出了热处理时间。另外，以炉冷或空气冷却方式实施热处理之后的冷却。
根据下面等式计算晶粒生长速率。这里，“d”表示热处理后的晶粒尺寸，“do”表示热处理之前的晶粒尺寸，“n”和“K”表示在热处理过程中晶粒生长材料的常数，“Q”表示活化能，“R”表示物理常数(尾数常数)，“T”表示温度。
dn-dn o＝K t exp(-Q/RT)
表1
C Mn Al S P
0.6重量％ 18重量％ 1.5重量％ 0.05重量％或更少 0.05重量％或更少
表2
Figure G2007800153448D00061
表3
拉伸翻边性质(％) YR(％) TS×E1(MPa×％) AGS(d)(μm) D-1/2/vμm
对比示例1 27.60 52.73 50496 10.0 0.316
对比示例2 35.50 50.13 53186 11.0 0.302
本发明示例3 42.60 47.64 54568 18.0 0.236
本发明示例4 45.80 45.56 55289 26.0 0.196
本发明示例5 47.6 44.31 54221 33.0 0.174
本发明示例6 43.00 45.57 56443 23.0 0.209
如表2和3所示，在满足热处理条件的本发明示例1至7的情况下，显示出：通过确保18μm或更大的平均奥氏体晶粒尺寸(AGS)，根据本发明的高强度钢板具有优异的翻边可加工性，例如，42.6％或更高的拉伸翻边率。优选的是，因为扩孔率随总伸长率和均匀伸长率之差的增大而提高，所以通过增大晶粒尺寸来提高扩孔率。另外，根据本发明的高强度钢板显示出优异的机械性质，例如，50,000MPa×％或更高的TS×E1平衡以及50％或更高的伸长率。
然而，在不满足热处理条件的对比示例1和2的情况下，看出：高强度钢板显示出10-11μm的平均奥氏体晶粒尺寸(AGS)，因此，拉伸翻边率劣化。

Claims (2)

1.一种具有优异的翻边可加工性的高锰高强度钢板，包括以重量计：0.2％-1.0％的C、10％-25％的Mn、0.3％-3.0％的Al、0.05％或更少的S、0.05％或更少的P、余量的Fe和不可避免的杂质，其中，所述化学元素具有18μm或更大的晶粒尺寸，TS×E1平衡为50,000MPa×％或高于50,000MPa×％，扩孔率为40％或高于40％。
2.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，所述晶粒尺寸是作为热处理结构的奥氏体单相的晶粒尺寸。
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