CN104789870B - 一种含Cu低碳硅锰系高强钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含Cu低碳硅锰系高强钢及其生产方法。含Cu低碳硅锰系高强钢化学成分质量百分比为：C：0.18~0.22%，Si：1.3~1.5%，Mn：1.3~1.8%，Cu：0.4~0.55%，Ni：0.32~0.4%，P≤0.05%，S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。生产方法为：根据化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；将所述板坯进行热轧，得到终轧板；再进行热处理工艺，得到所述高强钢。本发明提高钢中残余奥氏体体积分数、改善力学性能，避免了大量添加Mn对冶炼、铸造工艺的不利影响；该生产方法简单易行，成本较低。

Description

一种含Cu低碳硅锰系高强钢及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种含Cu低碳硅锰系高强钢及其生产方法。

背景技术

随着汽车使用量的增加，出现了一系列环境和安全问题，而提高车身材料的强韧性能是解决问题最有效的途径，因此近年来对汽车用高强钢的研究不断深入。上世纪80年代开始，以双相钢（DP）、相变诱发塑性钢（TRIP）等为代表的第一代高强钢被广泛研究和应用，其强塑积在20000 MPa·%以内，但由于其强塑积较低，碰撞安全性能较差，不能应用在碰撞性能要求高的汽车中。以TWIP钢为代表的第二代高强钢，强塑积超过50000 MPa·%，但由于其高合金添加量、高成本，且制备工艺及使用技术复杂，目前在汽车用钢中应用不多。

2003年美国Speer教授提出了一种热处理工艺：淬火（Quenching）+碳配分（Partitioning），即Q&P工艺。Q&P热处理钢强塑积比第一代高强钢高，合金元素添加量和制备工艺比第二代高强钢要求低。钢材的强度可以达到甚至超过1500 MPa，强塑积20000-40000 MPa·%，被称为第三代高强钢。其具有成本低、制备工艺简单，力学性能好的特点，受到汽车制造业及学者的广泛关注。但Q&P工艺处理钢还尚处于研发阶段，还未实现大规模工业生产。宝钢在2010年研发并小批量生产了第三代高强钢QP980，基本满足于外型相对复杂、强度要求高的车身骨架件和安全件，但其强塑积较低，约为20000 MPa·%。

目前，Q&P处理钢多为C-Si-Mn系钢，碳含量一般在0.2~0.6（质量分数，%），较高的碳含量不仅提高强度，还可以增强配分效果，起到提高强塑积的作用，但这将会恶化焊接性能、降低耐大气腐蚀能力、增加钢的冷脆性和时效敏感性。因此，作为汽车用钢的碳含量一般不超过0.2%。但碳含量又不能过低，否则将使碳配分效果受到一定限制，一方面使淬火后残余奥氏体量减少，不利于塑性提高；另一方面使板条马氏体中碳含量减少，降低板条马氏体强度。这就导致目前商用C含量低于0.2%的Q&P处理钢强塑积均低于30000MPa·%。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种含Cu低碳硅锰系高强钢及其生产方法。该方法采用预先Cu配分制备低碳硅锰系Q&P处理的高强钢，并提高其残余奥氏体含量和伸长率。

本发明的目的之一是提供一种含Cu低碳硅锰系高强钢，所述含Cu低碳硅锰系高强钢化学成分质量百分比为：C：0.18~0.22%，Si：1.3~1.5%，Mn：1.3~1.8%，Cu：0.4~0.55%，Ni：0.32~0.4%，P≤0.05%，S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明所述含Cu低碳硅锰系高强钢伸长率为15~25%，强塑积可以达到28000~32000MPa·%。

本发明所述含Cu低碳硅锰系高强钢强的残余奥氏体含量为5~10%。

本发明所述化学成分质量百分比为：所述化学成分质量百分比为：C：0.18%，Si：1.5%，Mn：1.3%，Cu:0.55%，Ni：0.4%，P：0.04%，S：0.02%，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明的另一目的是提供一种基于上述的含Cu低碳硅锰系高强钢的生产方法，按如下步骤进行：

（1）根据如上所述的化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；

（2）将所述板坯进行热轧，得到终轧板；

（3）双相区保温-奥氏体化-淬火-碳配分（I&Q&P）热处理工艺：所述终轧板以10℃/s升温至780~850℃，保温300~1000s，然后快速加热至950~1050℃，保温时间180~300s，盐浴淬火至350~430℃并保温15~30s，随后在450~480℃保温，保温时间为180~600s，最后再水淬至室温。

本发明所述步骤（2）中热轧分为粗轧与精轧依次进行；粗轧开轧温度1030~1080℃，粗轧道次变形量为25~45%，精轧总变形量为50~60%，终轧温度为830~850℃，终轧板厚为5~7mm，然后经冷轧至2~3mm。

本发明所述步骤（2）中粗轧开轧温度1080℃，粗轧道次变形量为35%，精轧总变形量为55%，终轧温度为840℃，终轧板厚为6mm，然后经冷轧至2mm。

本发明所述步骤（3）中所述终轧板以10℃/s升温至800℃，保温500s，然后快速加热至950℃，保温时间180s，盐浴淬火至400℃并保温20s，随后在480℃保温，保温时间为600s，最后再水淬至室温。

本发明的设计思路为：本发明的目的是实现高强塑积，并具备良好焊接性能的低碳高强C-Si-Mn系汽车用高强钢制备的方法。高强钢中的碳含量必须控制在较低的水平以保证良好的焊接性能，但这会影响碳配分效果和残余奥氏体稳定性，导致强塑积的降低。本发明为弥补低碳带来的强塑积降低，采用合理的化学成分设计、发挥钢中固有合金元素的作用，在充分发挥原有C配分的基础上，提出了一种利用Cu元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法及工艺（I&Q&P热处理工艺），实现Cu、Mn的预配分处理，从而可实现高强塑积、具备良好可焊性的汽车用低碳高强钢的制备。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明在维持Q&P处理钢固有成分基础上，添加少量的Cu，通过改进Q&P处理工艺，实现Cu配分，提高残余奥氏体体积分数、改善力学性能，制备出强塑积高于30000 MPa·%的第三代高强钢；2、Cu配分机制的引入，实现一次淬火前奥氏体中Cu元素选区分布，提高一次淬火后的未转变奥氏体量，随后C配分促使碳原子由马氏体向这些奥氏体扩散，从而二次淬火至室温获得更多残余奥氏体，不但提高了钢的强韧性、焊接、冲击、耐腐蚀性能，还避免了大量添加Mn对冶炼、铸造工艺的不利影响；3、该生产方法简单易行，成本较低。

附图说明：

附图1是本发明Q&P和I&Q&P热处理工艺示意图；

附图2是本发明含Cu低碳硅锰钢经I&Q&P工艺处理后室温组织SEM像；

附图3是本发明含Cu低碳硅锰钢经I&Q&P工艺处理后室温组织Cu元素分布的EPMA像；

附图4是本发明含Cu低碳硅锰钢经I&Q&P工艺处理后室温组织Mn元素分布的EPMA像。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细阐述。

实施例1

一种含Cu低碳硅锰系高强钢，化学成分质量百分比为：C：0.18%，Si：1.5%，Mn：1.3%，Cu:0.55%，Ni：0.4%，P：0.04%，S：0.02%，余量为Fe及不可避免杂质。含Cu低碳硅锰系高强钢伸长率为25%，强塑积为31180MPa·%；残余奥氏体含量为10.2%。

一种含Cu低碳硅锰系高强钢的生产方法，按如下步骤进行：

（1）根据上述化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；

（2）将所述板坯进行热轧，得到终轧板；

热轧分为粗轧与精轧依次进行；粗轧开轧温度1080℃，粗轧道次变形量为35%，精轧总变形量为55%，终轧温度为840℃，终轧板厚为6mm，然后经冷轧至2mm。

（3）I&Q&P热处理工艺：所述终轧板以10℃/s升温至800℃，保温500s，然后快速加热至950℃，保温时间180s，盐浴淬火至400℃并保温20s，随后在480℃保温，保温时间为600s，最后再水淬至室温。

实施例2

一种含Cu低碳硅锰系高强钢，化学成分质量百分比为：C：0.22%，Si：1.3%，Mn：1.5%，Cu:0.4%，Ni：0.34%，P：0.02%，S：0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。含Cu低碳硅锰系高强钢伸长率为22.3%，强塑积为30240MPa·%；残余奥氏体含量为9.6%。

一种含Cu低碳硅锰系高强钢的生产方法，按如下步骤进行：

（1）根据上述化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；

（2）将所述板坯进行热轧，得到终轧板；

热轧分为粗轧与精轧依次进行；粗轧开轧温度1050℃，粗轧道次变形量为45%，精轧总变形量为60%，终轧温度为850℃，终轧板厚为7mm，然后经冷轧至3mm。

（3）I&Q&P热处理工艺：所述终轧板以10℃/s升温至780℃，保温1000s，然后快速加热至1050℃，保温时间180s，盐浴淬火至430℃并保温30s，随后在460℃保温，保温时间为400s，最后再水淬至室温。

实施例3

一种含Cu低碳硅锰系高强钢，化学成分质量百分比为：C：0.2%，Si：1.5%，Mn：1.8%，Cu:0.5%，Ni：0.32%，P：0.05%，S：0.03%，余量为Fe及不可避免杂质。含Cu低碳硅锰系高强钢伸长率为20.8%，强塑积为28589MPa·%；残余奥氏体含量为8.5%。

一种含Cu低碳硅锰系高强钢的生产方法，按如下步骤进行：

（1）根据上述化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；

（2）将所述板坯进行热轧，得到终轧板；

热轧分为粗轧与精轧依次进行；粗轧开轧温度1030℃，粗轧道次变形量为25%，精轧总变形量为50%，终轧温度为830℃，终轧板厚为5mm，然后经冷轧至2mm。

（3）I&Q&P热处理工艺：所述终轧板以10℃/s升温至850℃，保温300s，然后快速加热至950℃，保温时间180s，盐浴淬火至350℃并保温15s，随后在450℃保温，保温时间为180s，最后再水淬至室温。

附图2是本发明含Cu低碳硅锰钢经I&Q&P工艺处理后室温组织SEM像；经I&Q&P工艺处理后，含Cu低碳硅锰钢室温组织为铁素体和马氏体（双相区奥氏体）相。

附图3是本发明含Cu低碳硅锰钢经I&Q&P工艺处理后室温组织Cu元素分布的EPMA像；经I&Q&P工艺处理后，Cu在室温组织中马氏体和铁素体中的分布发生明显变化，在马氏体中出现明显富集，表明含Cu低碳硅锰钢在双相区保温过程中，Cu元素在奥氏体/铁素体双相区发生配分现象，在奥氏体中明显富集。

附图4是本发明含Cu低碳硅锰钢经I&Q&P工艺处理后室温组织Mn元素分布的EPMA像。

经I&Q&P工艺处理后， Cu元素在奥氏体/铁素体双相区发生配分现象，在奥氏体中明显富集，并且不影响Mn的配分行为。Mn元素在室温组织中马氏体和铁素体中的分布也发生明显变化，在马氏体中出现明显富集。

对比例

一种含Cu低碳硅锰系高强钢，化学成分质量百分比为：C：0.18%，Si：1.5%，Mn：1.3%，Cu:0.55%，Ni：0.4%，P：0.04%，S：0.02%，余量为Fe及不可避免杂质。含Cu低碳硅锰系高强钢伸长率为15%，强塑积为20802MPa·%；残余奥氏体含量为4.4%。

一种含Cu低碳硅锰系高强钢的生产方法，按如下步骤进行：

（1）根据上述化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；

（2）将所述板坯进行热轧，得到终轧板；

热轧分为粗轧与精轧依次进行；粗轧开轧温度1030℃，粗轧道次变形量为25%，精轧总变形量为50%，终轧温度为830℃，终轧板厚为5mm，然后经冷轧至2mm。

（3）Q&P热处理工艺：所述终轧板以10℃/s升温，然后快速加热至950℃，保温时间300s，盐浴淬火至350℃并保温15s，随后在450℃保温，保温时间为180s，最后再水淬至室温。

通过对比例，可以明显看到，化学组成成分相同的钢，通过本申请所述I&Q&P热处理工艺加工，其伸长率、强塑积、残余奥氏体含量均高于传统Q&P热处理工艺。

Claims (7)

1.一种低碳硅锰系高强钢的生产方法，其特征在于：按如下步骤进行：

（1）根据如下化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯： C：0.18~0.22%，Si：1.3~1.5%，Mn：1.3~1.8%，Cu：0.4~0.55%，Ni：0.32~0.4%，P≤0.05%，S≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质；

（2）将所述板坯进行热轧，得到终轧板；

（3）双相区保温-奥氏体化-淬火-碳配分热处理工艺：所述终轧板以10℃/s升温至780~850℃，保温300~1000s，然后快速加热至950~1050℃，保温时间180~300s，盐浴淬火至350~430℃并保温15~30s，随后在450~480℃保温，保温时间为180~600s，最后再水淬至室温。

2.根据权利要求1所述的低碳硅锰系高强钢的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中热轧分为粗轧与精轧依次进行；粗轧开轧温度1030~1080℃，粗轧道次变形量为25~45%，精轧总变形量为50~60%，终轧温度为830~850℃，终轧板厚为5~7mm，然后经冷轧至2~3mm。

3.根据权利要求1所述的低碳硅锰系高强钢的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中粗轧开轧温度1080℃，粗轧道次变形量为35%，精轧总变形量为55%，终轧温度为840℃，终轧板厚为6mm，然后经冷轧至2mm。

4.根据权利要求1所述的低碳硅锰系高强钢的生产方法，其特征在于：所述步骤（3）中所述终轧板以10℃/s升温至800℃，保温500s，然后快速加热至950℃，保温时间180s，盐浴淬火至400℃并保温20s，随后在480℃保温，保温时间为600s，最后再水淬至室温。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的低碳硅锰系高强钢的生产方法，其特征在于：所述低碳硅锰系高强钢伸长率为15-25%，强塑积为28000-32000MPa•%。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的低碳硅锰系高强钢的生产方法，其特征在于，所述低碳硅锰系高强钢强的残余奥氏体含量为5-10%。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的低碳硅锰系高强钢的生产方法，所述化学成分质量百分比为：C：0.18%，Si：1.5%，Mn：1.3%，Cu:0.55%，Ni：0.4%，P：0.04%，S：0.02%，余量为Fe及不可避免杂质。