CN105714189A - 一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢及其制造方法，属于金属材料加工领域。铌、钒复合添加的具有高塑积汽车用钢的组分及重量百分比含量为：C≤0.30％、Si1.20～1.80％、Mn1.50～2.20％、P≤0.025％、S≤0.020％、V0.12～0.18％、Nb0.03～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。V/Nb＝2.4～3.6，钢中的Nb和V的复合添加起到细晶强化和析出强化的作用，铌和钒的科学配比改善了汽车用钢的强韧性。本发明制备的减量化、高强塑积汽车用钢的组织为退火马氏体基体、贝氏体和残余奥氏体，屈服强度>550MPa，抗拉强度>1000MPa，断后伸长率A≥30％，强塑积≥30GPa·％。

Description

一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢及制造方法
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，涉及一种室温组织为退火马氏体基体、贝氏体和残余奥氏体复相组织的铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢及其制造方法。
背景技术
自2000年以来，中国汽车工业发展迅速，每年均以两位数的速度增长。随着我国汽车产量的增加，汽车的安全性问题日益凸现。提高安全性主要通过车身的合理设计及选择具有高撞击能量吸收能力的材料，即高强高塑材料。由于汽车车体零件多采用冲压成形，塑性是汽车钢板的重要性能，良好的成形能力可以用来制备复杂的汽车零件。因此，具有强度和塑性综合优良性能的钢种成为高强度钢板的发展趋势。可以设想，未来的汽车用钢不是单纯的追求强度或单纯的追求塑性，而应该是一个强度和塑性良好结合的新一代钢铁材料。为汽车制造提供轻质和安全的钢材需要研发更高强度、更高塑性和更易加工的新型汽车用钢，这是国际汽车用钢的发展潮流。
由美国学者Krupitzer和Heimbuch率先提出的具有高强塑积性能的第三代汽车钢的概念，代表了未来新型汽车钢的研发方向。新型汽车用钢不但可以通过高强度来达到汽车的轻量化，而且较高的塑性提高了钢的成形能力和汽车的碰撞安全性能。Q&P钢作为第三代汽车用钢的典型代表，具有良好的强度和塑性，特别适用于加工汽车结构件、防撞件及内部加强板，迎合了汽车用钢减量化发展的趋势和潮流。
复相钢中一般通过添加Nb、V和Ti，利用细晶强化和析出强化提高钢的性能。Nb和V是强碳化物形成元素，能够细化晶粒且具有良好的析出强化作用，与其它元素协同既能提高钢的强度也能改善钢的韧性。V可以提高钢的淬透性，溶入铁素体中具有强化作用，可以形成稳定的碳化物，细化晶粒，N可以强化V的作用，此外，我国蕴含丰富的V资源储量，占全球总量的34％，居世界第一。Nb是微合金化元素，在钢中加少量的Nb可以提高钢的强度，起到沉淀强化及晶粒细化的作用。其中NbN可有效阻止奥氏体晶粒在加热过程中的长大，起到细化奥氏体晶粒的作用，并能改善钢的韧性。可以利用V的沉淀强化和Nb的晶粒细化相结合的方法获得更显著的强韧化效果。在已公开的有关金属材料加工专利中，中国专利申请CN201510504257.5，介绍了一种利用钒微合金化制造TRIP型退火马氏体钢的方法。中国专利申请CN201510504662.7，介绍了一种利用铌微合金化制造TRIP型退火马氏体钢的方法，其中抗拉强度达到1050MPa，强塑积达到25GPa·％以上。上述两项专利采用新的Q&P热处理工艺，在完全奥氏体区和两相区都保温600s。由于保温时间过长，在实际生产中会消耗大量的能源，效率降低。本发明缩短了热处理的时间，可以起到节能、高效的作用。按照铌和钒的科学配比复合加入钢中之后，不但强塑积达到30GPa·％以上，而且还具有优异的耐氢致延迟断裂性能。
综上所述，目前对于具有高强塑积的汽车用钢正处于发展阶段，对于铌、钒复合添加的具有TRIP效应的汽车用钢在国内外还未见报道，而且仅使用传统工艺。因此需要根据实验室的研究，在合金系统成分设计以及工艺控制上采取新的设计和工艺路线，才能生产符合性能要求的第三代汽车用钢，以满足市场需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有更好强度和塑性，且性能稳定的铌、钒复合添加的汽车用钢及其制造方法。
本发明采用了如下技术方案：一种钒和铌复合添加的高强塑积汽车用钢，其化学成分按重量百分比为：C≤0.30％、Si1.20～1.80％、Mn1.50～2.20％、P≤0.025％、S≤0.020％、V0.12～0.18％、Nb0.03～0.08％，V/Nb＝2.4～3.6，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的另一目的是提供上述铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)热轧板经酸洗后冷轧，冷轧压下率为45％～65％，冷轧板厚1.5～2.0mm，将冷轧薄板以5℃/s升温至完全奥氏体化温度900～930℃，保温100～200s，再以30℃/s降温至室温得到板条马氏体组织的淬火板。
(2)将上述淬火板以5℃/s加热至两相区温度750～860℃，保温100～200s，再以30℃/s降温至贝氏体区温度350～500℃，保温200～500s，最后以30℃/s降温至室温。
上述所述铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢，其室温组织为：退火板条马氏体基体、贝氏体和残余奥氏体组织。
C是奥氏体稳定元素，影响残余奥氏体的稳定性。碳元素还使马氏体的硬度得到提高，使钢最终的抗拉强度升高。
Si主要以固溶方式存在于TRIP钢中，抑制贝氏体转变期间渗碳体的形成，使C进一步扩散到未转变的奥氏体中，促使马氏体开始转变温度Ms降低，形成富碳的残余奥氏体。Si的存在有利于获得较多的残余奥氏体，从而获得大的相变诱导塑性。
Mn既能以固溶状态存在，也可以进入渗碳体中取代一部分Fe原子，还能形成硫化物。它的作用主要是增强奥氏体稳定性，延长其转变孕育期，使铁素体和贝氏体转变容易控制，同时也促使Ms降低，形成一定体积的富碳的残余奥氏体。
V是铁素体稳定元素，一般用来抑制TRIP钢中的相变行为，并有析出强化的作用。V是强碳化物构成元素，它在钢中主要以微量固溶于铁素体或形成碳氮化钒第二相这两种形式存在。
Nb能够有效地控制奥氏体再结晶、晶粒长大和析出行为，能够增加钢的强度而韧性基本保持不变。Nb微合金元素可以在许多方面改善材料性能。Nb可以影响晶界的迁移，对相变行为和碳化物的形成也有影响。Nb具有显著的细化晶粒的作用，使碳在残余奥氏体中的含量升高，阻碍贝氏体的形成，促使马氏体形核等。
本发明由于采用以上技术方案，使之铌、钒复合添加的高强塑积汽车用钢，其屈服强度>550MPa，抗拉强度>1000MPa，断后伸长率A≥30％，强塑积≥30GPa·％。
进一步的作为优选的技术方案，上述所述铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢，其屈服强度＝658MPa，抗拉强度＝1100MPa，煅后伸长率A＝32.1％，强塑积＝35.3GPa·％。
本发明采用铌、钒复合添加，通过铌、钒细化晶粒以及碳氮化物等的析出改善了汽车用钢的强韧性，从而提高了钢的综合力学性能。尤其是采用该热处理工艺，得到了弥散分布于退火马氏体板条之间的薄膜状残余奥氏体组织以及贝氏体组织，使汽车用钢的组织性能更加稳定。
附图说明
图1为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的冷轧金相照片。
图2为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的热处理后的金相照片。
图3为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的热处理后的扫描照片。
图4为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的热处理后的透射照片。
图5为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的实施例1热处理后的XRD结果。
图6为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的实施例2热处理后的XRD结果。
图7为本发明铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的实施例3热处理后的XRD结果。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
首先按照上述成分范围进行冶炼、连铸，然后检测铸坯的成分，见表1。
表1铸坯的成分(wt.％)
具体工艺参数见表2。
表2具体工艺参数
按照表1和表2制得的高强塑积汽车用钢的力学性能见表3。
表3力学性能
按照表1和表2制得的高强塑积汽车用钢的XRD结果见图5和表4。
表4残余奥氏体含量
从表3可以看出各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度为632MPa，抗拉强度为1085MPa，伸长率为32％，强塑积34.7GPa·％。金相和扫描照片如图2、图3所示，透射照片如图4所示，薄膜状残余奥氏体分布于板条状退火马氏体之间，板条状贝氏体呈块状分布。残余奥氏体体积分数为13.34％，残余奥氏体含碳量为1.09％。
实施例2：
首先按照上述成分范围进行冶炼、连铸，然后检测铸坯的成分，见表5。
表5铸坯的成分(wt.％)
具体工艺参数见表6。
表6具体工艺参数
按照表5和表6制得的高强塑积汽车用钢的力学性能见表7。
表7力学性能
按照表5和表6制得的高强塑积汽车用钢的残余奥氏体含量见图6和表8。
表8残余奥氏体含量
从表7可以看出各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度为649MPa，抗拉强度为1074MPa，伸长率为31.6％，强塑积33.9GPa·％。金相和扫描照片如图2、图3所示，透射照片如图4所示，薄膜状残余奥氏体分布于板条状退火马氏体之间，板条状贝氏体呈块状分布。残余奥氏体体积分数为13.48％，残余奥氏体含碳量为1.12％。
实施例3：
首先按照上述成分范围进行冶炼、连铸，然后检测铸坯的成分，见表9。
表9铸坯的成分(wt.％)
具体工艺参数见表10。
表10具体工艺参数
按照表9和表10制得的高强塑积汽车用钢的力学性能见表11。
表11力学性能
按照表9和表10制得的高强塑积汽车用钢的残余奥氏体含量见图7和表12。
表12残余奥氏体含量
从表11可以看出各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度为658MPa，抗拉强度为1100MPa，伸长率为32.1％，强塑积35.3GPa·％。金相和扫描照片如图2、图3所示，透射照片如图4所示，薄膜状残余奥氏体分布于板条状退火马氏体之间，板条状贝氏体呈块状分布。残余奥氏体体积分数为15.26％，残余奥氏体含碳量为0.95％。
按照上述成分和工艺参数设计，各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度>550MPa，抗拉强度>1000MPa，断后伸长率A≥30％，强塑积≥30GPa·％。扫描金相照片如图2所示，由退火马氏体、贝氏体和残余奥氏体组成。钢中存有部分残余奥氏体，使钢在变形时发生TRIP效应，增加钢的强塑性。综上可见，本发明中铌、钒复合添加的汽车用钢具有优异的强韧性能。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比为：C≤0.30％、Si1.20～1.80％、Mn1.50～2.20％、P≤0.025％、S≤0.020％、V0.12～0.18％、Nb0.03～0.08％，V/Nb＝2.4～3.6，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的制造方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)热轧板经酸洗后冷轧，冷轧压下率为45％～65％，冷轧板厚1.5～2.0mm，将冷轧薄板以5℃/s升温至完全奥氏体化温度900～930℃，保温100～200s，再以30℃/s降温至室温得到板条马氏体组织的淬火板；
(2)将上述淬火板以5℃/s加热至两相区温度750～860℃，保温100～200s，再以30℃/s降温至贝氏体区温度350～500℃，保温200～500s，最后以30℃/s降温至室温。
3.根据权利要求2所述的铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的制造方法，其特征在于：汽车用钢的室温组织为：退火马氏体基体、贝氏体和残余奥氏体组织。
4.根据权利要求2所述铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的的制造方法，其特征在于：高强塑积汽车用钢屈服强度>550MPa，抗拉强度>1000MPa，煅后伸长率A≥30％，强塑积≥30GPa·％。
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