CN103667883B

CN103667883B - 一种低密度、高强韧汽车用钢板及制备工艺

Info

Publication number: CN103667883B
Application number: CN201310733453.0A
Authority: CN
Inventors: 宋仁伯; 杨富强; 彭世广; 孙挺; 李亚萍; 徐杨
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103667883A

Abstract

本发明属于金属材料领域，是一种低密度、高强韧、具有良好耐蚀性能的新型高强钢板，具体涉及该种新型汽车用钢成分设计及制备工艺。所述汽车用钢板的具体化学成分质量百分比：0.60％～0.70％C、0.30％～0.40％Si、10.0％～15.0％Mn、5.0％～10.0％Al、P<0.005％、S<0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明的制备工艺步骤包括：根据所述的化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成钢坯；钢坯加热到1130～1170℃保温2h后进行多道次热轧变形，开轧温度1030～1070℃，终轧温度850～900℃，累计变形量在80％～85％，卷取温度200～250℃；热轧后钢板进一步固溶处理，在1000～1050℃保温0.5～1h后水淬处理；为奥氏体+铁素体双相组织，获得具有较低密度、高强韧的汽车用钢板。

Description

一种低密度、高强韧汽车用钢板及制备工艺

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其是涉及热轧低密度钢成分设计及制备工艺，用于制备低密度、高强韧性的汽车用钢板。

背景技术

降低能耗、减少环境污染以及节约有限资源是当今人们所面临的一个十分重要而紧迫的问题，减轻汽车自重是提高汽车的燃油经济性、节约能耗的重要措施之一。目前，国内外开发研究汽车轻量化项目，多开发高强或超高强钢板，通过降低使用钢板厚度降低汽车重量。

低密度、高强韧钢是采用合理的成分设计，该钢种具有一定的Mn、Al、C合金元素含量，获得奥氏体或奥氏体+铁素体双相组织，具有较高的强度、韧性、高的加工硬化率与无屈服现象；是一种具有高强韧性、成形性好的汽车用钢，较传统钢铁材料，其高强度、低密度特点具备更大的开发前景与优势。

目前开发的先进汽车用钢材料包括TRIP、TWIP钢以及开发的高锰、高铝钢，均保证了钢板的强韧性及抗冲击性能，但是考虑到目前钢铁生产成本及工艺可行性，及汽车用钢的焊接性能，逐步开发中锰高强钢，同时添加一定的轻质元素，有效降低钢板密度。通过控制合理的合金成分及生产工艺，控制钢中奥氏体组织含量及分布，可以获得更高强韧性的低密度汽车用钢。

发明内容

本发明的目的是通过控制中锰高强钢合理的合金成分及生产工艺，控制钢中奥氏体组织含量及分布，可以获得更高强韧性的低密度汽车用钢。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种低密度、高强韧汽车用钢板，所述钢板按质量百分比的化学成分为：

余量为Fe及不可避免杂质。

所述汽车用钢板的密度为6.8～7.3g/cm³，减重7.0％～13.0％。

本发明还提出低密度、高强韧汽车用钢板的制备方法，包括步骤：

(1)根据所述的化学成分进行冶炼，铸造坯料并锻造成板坯；

(2)将板坯进行均匀化处理，加热板坯到1130～1170℃，保温2h；

(3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形；热轧开轧温度1030～1070℃，终轧温度850～900℃，经多道次轧制变形，累积变形量在80％～85％，轧后水冷，卷取温度200～250℃，空冷至室温；

(4)钢板热轧后的固溶处理，采用快速加热到固溶温度1000～1050℃，保温0.5～1h后直接水淬至室温。

所述的加热温度为1150～1160℃。

开轧温度为1040～1050℃，终轧温度为850～860℃，卷取温度为240～250℃。

所述固溶温度为1040～1050℃。

本发明具有以下优点：

(1)具有优良的综合力学性能，本发明固溶处理后钢板具有强度与塑性的良好组合，高强度、高断后伸长率。

(2)生产工艺简单，本发明制备钢板综合力学性能优异，采用热轧+固溶处理方案，无需进行冷轧工艺，生产工序短。

(3)相比DP钢、TRIP钢等汽车用结构用钢，本发明采用合理的合金元素配比，添加了Al等轻质元素，在保证钢板优良力学性能的基础上，降低钢板密度，减重效果明显。

(4)相比TWIP钢，本发明采用中锰钢成分设计，无需添加贵重合金，一方面降低实际工业生产成本与难度，同时降低钢板的碳当量，利于钢板进行后续生产与焊接组装。

附图说明

图1是本发明汽车用钢板制备过程。

图2是本发明的一种低密度、高强韧汽车用钢板热轧变形工艺示意图。

图3是本发明固溶处理后钢板典型金相组织。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明的实施化学成分如表1所示：

表1实施例实测化学成分(质量分数％，余量为Fe)

C

Si

Mn

Al

P

S

Nb

0.62

0.35

15.0

6.2

＜0.005

＜0.003

0.040

C在合金钢中有2个作用：(1)促进形成单相奥氏体；(2)固溶强化，以保证钢的力学性能。C含量的增加有利于提高钢中的奥氏体含量，使其获得良好的强韧性，但是过高的C含量将影响其焊接性能，不利于汽车焊接组装。

Mn是锰钢中的主要合金元素，它在钢中扩大γ相区，稳定奥氏体组织。同时起到固溶强化作用，提高其力学性能，提高奥氏体组织体积分数，提高钢板塑性。提高钢的层错能，改变其变形机理。

Al是钢中重要的轻质元素，可以明显降低材料密度，但是过高的Al含量将改变奥氏体单相组织，促进铁素体相的形成；一定的铝含量可显著提高钢的热变形抗力；延迟动态再结晶，使奥氏体晶粒在动态再结晶后得到细化。同时增加钢本身的耐蚀性能，含Al的中锰钢在发生猛烈碰撞时起到缓冲作用。

Si可以固溶于奥氏体中，起到固溶强化作用。Si的加入有利于其降低层错能，在冷却或变形过程中有利于促进γ→ε的转变；能明显提高耐腐蚀性能，并促进形成铁素体组织。硅能改变碳在奥氏体中的溶解度，因此Si对钢的力学性能等影响比较复杂。

Nb是最典型的微合金元素，铌的作用是细化晶粒，在提高钢强度的同时，改善钢的韧性，并产生一定程度NbC或NbN的析出强化，及通过控制奥氏体/铁素体相变的实际进行程度和进行方式提高钢的强度。

P、S均为有害元素，容易产生MnS夹杂物及P的共晶，分布在晶界上，降低钢板韧性。因此需要严格控制钢中磷、硫的含量。

制备工艺包括冶炼后铸坯锻造成板坯，板坯进行常规热轧；其具体工艺如下：锻造处理消除成分偏析，去除缩孔、缩松等缺陷；钢坯在1150℃下保温2h，均匀化处理。根据实验轧机能力，设计热轧厚度为4.5mm，热轧开轧温度为1050℃，终轧温度为850℃，进行6道次轧制，设定卷取温度250℃。

热轧后钢板强度高而塑性较差，进行固溶处理，将钢板快速加热到1050℃，保温1h后水淬处理，获得奥氏体+铁素体双相组织，其力学性能及密度如表2所示。

表2实施例力学性能与密度

抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	断后伸长率/％	强塑积/GPa·％	密度/g·cm^-3
					905	710	42.4	38.4	7.10

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低密度、高强韧汽车用钢板的制备方法，其特征在于包括步骤：

(1)根据所述汽车用钢板的化学成分进行冶炼，铸造坯料并锻造成板坯；

(2)将板坯进行均匀化处理，加热板坯到1130～1170℃，保温2h；

(4)钢板热轧后的固溶处理，采用快速加热到固溶温度1000～1050℃，保温0.5～1h后直接水淬至室温；其中，

所述汽车用钢板的的化学成分为：

余量为Fe及不可避免杂质；

所述汽车用钢板的密度为6.8～7.3g/cm³，减重7.0％～13.0％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的加热温度为1150～1160℃；所述开轧温度为1040～1050℃，终轧温度为850～860℃，卷取温度为240～250℃；所述固溶温度为1040～1050℃。