CN107419196A - 屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车用钢技术领域，具体涉及一种屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢及其制备方法。钢板按重量百分比其化学组成为：C：0.02～0.06％，Mn：3.5～8.5％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Cu：0.02～0.30％，Ni：0.02～0.35％，Mo：0.02～0.20％，Cr：0.02～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。制备方法经过热轧处理、去应力回火处理、冷轧处理以及两相区退火处理，得到的钢板组织为回火再结晶马氏体及亚微米级的逆转变奥氏体，屈服强度为700～850MPa，抗拉强度为940～1120MPa。
Description
技术领域
本发明属于汽车用钢技术领域，具体涉及一种屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢及其制备方法。
背景技术
随着人们对汽车轻量化和防撞安全性要求的提高，汽车用钢不断向高强度和高塑性方向发展。有研究报告及相关统计称，汽车自重每减少10％，可降低油耗3％～7％，降低CO2排放13％。开发先进高强钢可同时提高汽车强度和安全性，车体轻量化成为实现节能减排目标的关键技术路线。双相钢(DP)和相变诱导塑性钢(TRIP)被认为是第一代汽车钢，目前研究工作已较为系统，但强塑性不足导致轻量化和安全性指标都很低。孪晶诱导塑性钢(TWIP)作为第二代汽车钢，其强塑积虽然达到了50GPa％，但由于需要添加20％Mn、工艺复杂，生产成本居高不下，很难被市场接受。第三代汽车钢，是指轻量化和安全性指标高于第一代汽车钢、生产成本又低于第二代汽车钢的高强高塑性钢，其中中锰钢(3％～10％Mn)通过合金化及工艺控制将面心立方奥氏体的层错能调整至TRIP和TWIP之间，被认为具有极大的应用开发潜力。
目前第三代中锰汽车用钢，主要采用低碳(0.1％～0.2％)成分设计思路，中锰的加入提高焊接碳当量，增大焊接难度。中锰钢如果采用超低碳成分设计可以大幅改善钢的焊接性能：(1)避免高C孪晶马氏体硬脆相形成，提高热影响区的抗裂性；(2)避免危害韧性的粗大渗碳体及M/A岛。以Mn代C提高奥氏体稳定性，基于超低碳设计能够降低中锰钢的连铸工艺控制难度，提高钢材的焊接性能，而且降低冷轧过程的轧制力，避免边裂发生，因此当前开展屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢的相关研发工作十分必要。
发明内容
针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢及其制备方法。
本方法的技术方案为：
屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢，按重量百分比其化学组成为：C：0.02～0.06％，Mn：3.5～8.5％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Cu：0.02～0.30％，Ni：0.02～0.35％，Mo：0.02～0.20％，Cr：0.02～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步地，所述汽车用钢，其钢板组织为回火再结晶马氏体和亚微米尺度的逆转变奥氏体。
进一步地，所述汽车用钢，其钢板的厚度为0.5～1.5mm，屈服强度为700～850MPa，抗拉强度为940～1120MPa，断后延伸率为20～25％。
上述屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢及其制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1000～1200℃并保温3h，合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.02～0.06％，Mn：3.5～8.5％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Cu：0.02～0.30％，Ni：0.02～0.35％，Mo：0.02～0.20％，Cr：0.02～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
随后经过6道次热轧成2.7～4.0mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为950～1000℃和850～900℃；热轧结束后，热轧板以10～25℃/s的冷却速率水冷至室温，获得高位错密度的板条马氏体组织；
(2)去应力回火处理
加热炉升温至650～670℃后，将热轧淬火后的钢板放入炉中30～90min，其中包括钢板20～30min升温至退火温度和10～60min保温时间,随后空冷至室温，获得回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织；
(3)冷轧处理
在冷轧机上进行压下率为63～81％的冷轧处理，得到钢板厚度为0.5～1.5mm，冷轧后的组织为高位错密度的变形马氏体；
(4)两相区退火处理
加热炉升温至630～670℃后，将冷轧处理后的钢板在炉中保温10～60min，随后空冷至室温，得到回火再结晶马氏体及亚微米级的逆转变奥氏体的复相组织。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、超低碳成分设计，中锰钢采用超低碳成分设计可以大幅改善钢的焊接性能，避免高C孪晶马氏体硬脆相形成，提高热影响区的抗裂性，避免危害韧性的粗大渗碳体及M/A岛。而且降低冷轧过程的轧制力，避免边裂发生。
2、成本低，采用中锰合金化替代Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金元素，从源头上降低生产成本。
3、采用铁素体-奥氏体两相区退火工艺，可形成逆转变奥氏体，有效提高了钢板的强塑性能，而且实现了屈强比的可控，所制备的超低碳中锰钢钢板屈服强度为700～850MPa，抗拉强度为940～1120MPa，断后延伸率为20～25％。
4、制备工艺流程简单，试验钢生产工艺流程包含热轧淬火、去应力回火、冷轧及两相区退火处理，工艺流程控制操作简单，容易实现工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备方法的工艺示意图；
图2为实施例1超低碳易焊接中锰汽车用钢板的扫描电镜下形貌组织图；
图3为实施例1超低碳易焊接中锰汽车用钢板显微组织示意图；
图中：1、回火再结晶马氏体，2、逆转变奥氏体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施采用的热轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室设计制造的Φ450mm热轧机；
本发明实施采用的冷轧机为东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的直拉式四辊可逆冷轧机(Φ110/Φ325×400mm)；
本发明热轧处理采用的加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX4-85-13B；
本发明去应力回火处理采用的加热炉为箱式电阻炉，型号为RX-36-10；
本发明两相区退火处理采用的加热炉为管式电阻炉，型号为SK-2-12。
实施例1
制备厚度为0.5mm超低碳易焊接中锰汽车用钢板，如图1所示，工艺步骤如下：
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1000℃并保温3h，合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.02％，Mn：8.5％，Si：0.10％，S：0.003％，P：0.002％，Al：0.05％，Cu：0.30％，Ni：0.20％，Mo：0.16％，Cr：0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过6道次热轧成2.7mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为950℃和850℃，热轧结束后以10℃/s的冷却速率水冷至室温，获得高位错密度的板条马氏体组织；
(2)去应力回火处理
加热炉升温至650℃后，将热轧淬火后的钢板放入炉中30min，其中包括钢板20min升温至退火温度和10min保温时间,随后空冷至室温，获得回火马氏体-逆转变奥氏体的平行交替组织，其中逆转变奥氏体的体积分数为22％，多数逆转变奥氏体尺寸长度大约为300～600nm，宽度为150～200nm，回火马氏体板条宽度为200～600nm左右；
(3)冷轧处理
在冷轧机上进行压下率为81％的冷轧处理，得到钢板厚度为0.5mm，冷轧后的组织为高位错密度的变形马氏体；
(4)两相区退火处理
加热炉升温至630℃后，将冷轧后的钢板在炉中保温10min，随后空冷至室温，两相区退火后得到回火再结晶马氏体及亚微米级的逆转变奥氏体的复相组织，其中逆转变奥氏体的体积分数为14％，多数逆转变奥氏体尺寸为100～400nm，回火再结晶马氏体尺寸为200～600nm，最终得到的钢板其屈服强度为700MPa，抗拉强度为940MPa，断后延伸率为25％，其扫描电镜下形貌组织见图2，其显微组织图见图3。
实施例2
制备厚度为1.0mm的超低碳易焊接中锰汽车用钢板，如图1所示，工艺步骤如下：
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1200℃并保温3h，合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.04％，Mn：5.5％，Si：0.25％，S：0.003％，P：0.002％，Al：0.03％，Cu：0.25％，Ni：0.30％，Mo：0.20％，Cr：0.30％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过6道次热轧成3.2mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为1000℃和900℃，热轧结束后以25℃/s的冷却速率水冷至室温，最终获得高位错密度的板条马氏体组织；
(2)去应力回火处理
加热炉升温至670℃后，将热轧淬火后的钢板放入炉中90min，其中包括钢板30min升温至退火温度和60min保温时间,随后空冷至室温，最终获得回火马氏体-逆转变奥氏体的平行交替组织，其中逆转变奥氏体的体积分数为27％，多数逆转变奥氏体尺寸长度大约为400～700nm，宽度为200～400nm，回火马氏体板条宽度为300～700nm左右；
(3)冷轧处理
在冷轧机上进行压下率为69％的冷轧处理，得到钢板厚度为1.0mm，冷轧后的组织为高位错密度的变形马氏体；
(4)两相区退火处理
加热炉升温至670℃后，将冷轧后的钢板在炉中保温30min，随后空冷至室温，两相区退火后得到回火再结晶马氏体及亚微米级的逆转变奥氏体的复相组织，其中逆转变奥氏体的体积分数为21％，多数逆转变奥氏体尺寸为150～400nm，回火再结晶马氏体尺寸为300～600nm。最终得到的钢板其屈服强度为780MPa，抗拉强度为1100MPa，断后延伸率为22％。
实施例3
制备厚度为1.5mm的超低碳易焊接中锰汽车用钢板，如图1所示，工艺步骤如下：
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1150℃并保温3h，合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.06％，Mn：3.5％，Si：0.50％，S：0.003％，P：0.002％，Al：0.01％，Cu：0.02％，Ni：0.02％，Mo：0.02％，Cr：0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；随后经过6道次热轧成4.0mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为960℃和880℃，热轧结束后以20℃/s的冷却速率水冷至室温，最终获得高位错密度的板条马氏体组织；
(2)去应力回火处理
加热炉升温至660℃后，将热轧淬火后的钢板放入炉中50min，其中包括钢板30min升温至退火温度和20min保温时间,随后空冷至室温，最终获得回火马氏体-逆转变奥氏体的平行交替组织，其中逆转变奥氏体的体积分数为24％，多数逆转变奥氏体尺寸长度大约为300～600nm，宽度为150～300nm，回火马氏体板条宽度为200～600nm左右；
(3)冷轧处理
在冷轧机上进行压下率为63％的冷轧处理，得到钢板厚度为1.5mm，冷轧后的组织为高位错密度的变形马氏体；
(4)两相区退火处理
加热炉升温至650℃后，将冷轧后的钢板在炉中保温60min，随后空冷至室温，两相区退火后得到回火再结晶马氏体及亚微米级的逆转变奥氏体的复相组织，其中逆转变奥氏体的体积分数为24％，多数逆转变奥氏体尺寸为100～400nm，回火再结晶马氏体尺寸为200～500nm。最终得到的钢板其屈服强度为850MPa，抗拉强度为1120MPa，断后延伸率为20％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢，其特征在于，按重量百分比其化学组成为：C：0.02～0.06％，Mn：3.5～8.5％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Cu：0.02～0.30％，Ni：0.02～0.35％，Mo：0.02～0.20％，Cr：0.02～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢，其特征在于，所述的汽车用钢，其钢板组织为回火再结晶马氏体和亚微米尺度的稳定逆转变奥氏体。
3.根据权利要求1所述的屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢，其特征在于，所述的汽车用钢，其钢板的厚度为0.5～1.5mm，屈服强度为700～850MPa，抗拉强度为940～1120MPa，断后延伸率为20～25％。
4.权利要求1所述的屈强比可控的超低碳易焊接中锰汽车用钢的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
(1)热轧处理
将合金坯料随炉加热至1000～1200℃并保温3h，合金坯料按重量百分比的化学组成为：C：0.02～0.06％，Mn：3.5～8.5％，Si：0.10～0.50％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，Al：0.01～0.05％，Cu：0.02～0.30％，Ni：0.02～0.35％，Mo：0.02～0.20％，Cr：0.02～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
随后经过6道次热轧成2.7～4.0mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为950～1000℃和850～900℃；热轧结束后，热轧板以10～25℃/s的冷却速率水冷至室温，获得高位错密度的板条马氏体组织；
(2)去应力回火处理
加热炉升温至650～670℃后，将热轧淬火后的钢板放入炉中30～90min，其中包括钢板20～30min升温至退火温度和10～60min保温时间,随后空冷至室温，获得回火马氏体及逆转变奥氏体的复相组织；
(3)冷轧处理
在冷轧机上进行压下率为63～81％的冷轧处理，得到钢板厚度为0.5～1.5mm，冷轧后的组织为高位错密度的变形马氏体；
(4)两相区退火处理
加热炉升温至630～670℃后，将冷轧处理后的钢板在炉中保温10～60min，随后空冷至室温，得到回火再结晶马氏体及亚微米级的逆转变奥氏体的复相组织。
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