CN107557679A - 具有良好强塑性的轻质奥氏体钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有良好强塑性的轻质奥氏体钢及其生产方法。钢中化学成分按重量百分比为：C：0.6％～1.1％，Si：0.1％～0.5％，Mn：14％～27％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：4.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢水浇铸温度在1350～1500℃，连铸坯厚度为120～180mm；铸坯入炉温度为400～700℃，加热温度为1100～1250℃，开轧温度为1000～1150℃，终轧温度在850℃以上，卷曲温度为300～700℃。冷轧压下率为30％～80％，退火温度为700～900℃，退火时间为2～15min，冷却速率大于20℃/s。生产的钢板具有高强度、高伸长率、低密度等特点。
Description
技术领域
本发明属于汽车用钢制造领域，涉及一种具有高强塑性、轻质的奥氏体钢板及其制造方法，该钢种适用于制造汽车结构件、安全件、防撞件等以及其它特殊用途的产品。
背景技术
当前，汽车工业的发展趋势是节能、减重、环保和提高安全性，高强汽车用钢的使用能够满足汽车工业的减重和提高安全性的需要。然而，目前开发的高强汽车用钢由于密度高，降低了汽车的减重效果。因此开发出具有高强塑性的轻质奥氏体钢吸引了各大钢铁公司和汽车厂家的关注。
专利文献CN103370434A公开了一种奥氏体轻质高强度钢板及其制备方法，其成分范围为：0.6％～1.0％的C，0.1％～2.5％的Si，10％～15％的Mn，5％～8％的Al，0.01％～0.2％的Ti，其不足之处在于钢中Al元素含量较低，减重效果有限，并且由于钢中C、Mn含量较高，钢板表面易于氧化，导致表面质量欠佳。
欧洲专利EP0889144公布了一种低密度的高强钢板，其主要化学成分为：1％～6％的Si，1％～8％的Al，且(Al+Si)≤12％，10％～30％的Mn，不足之处在于Al元素含量较低，减重效果有限，并且钢板采用TWIP+TRIP效应来提高钢板的伸长率，这种效应容易导致钢板出现延迟断裂的问题，并且由于钢中C、Mn含量较高，钢板表面易于氧化，导致表面质量欠佳。
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有良好强塑性的轻质奥氏体钢。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的各种缺陷，提供一种具有良好强塑性和高表面质量的轻质奥氏体钢及其制备方法。
具体的技术方案是：
本发明提供的具有良好强塑性的轻质奥氏体钢，以重量百分比计，其化学成分为：C：0.6％～1.1％，Si：0.1％～0.5％，Mn：14％～27％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：4.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明合金设计的理由如下：
C：C元素是钢中成本最低、稳定效果最好的奥氏体稳定元素，同时具有良好的固溶强化效果。C元素含量过低，会降低钢的强度和奥氏体的稳定性；C元素含量过高，容易在晶界处析出渗碳体，降低钢的性能。因此，本发明中，将C元素含量范围控制在0.6％～1.1％。
Mn：Mn元素是钢中的奥氏体稳定元素。Mn元素含量过低，会导致钢板发生马氏体相变，降低钢板的塑性；Mn元素含量过高，会导致钢板成本上升，伸长率下降。因此，本发明中，将Mn元素含量的范围控制在14％～27％。
Si：Si元素能够起到强烈的固溶强化的效果和减重的效果。Si元素含量过低，起不到强化的作用；Si元素含量过高，会降低钢板的表面质量和焊接性能。因此，本发明中，将Si元素含量的范围控制在0.1％～0.5％。
Al：Al元素可以有效的提高钢板的层错能，抑制马氏体相变，同时降低钢材的密度。Al元素含量过低，起不到抑制马氏体相变的作用和降低密度的作用；Al元素含量过高，会导致连铸生产困难和力学性能下降。因此，本发明中，将Al元素含量的范围控制在4.0％～13.0％。
Ce：Ce元素是起到细化晶粒，使硫化物球化和清洁晶界，提高钢板性能的作用。因此，本发明中，将Ce元素含量的范围控制在0.06％～0.2％。
Bi：Bi元素在钢中主要分布在晶界和晶粒内部，起到提高钢板强度，减小碳、氧等元素在钢板晶界上的扩散速率，减少脱碳和氧化现象，提高钢板表面质量和力学性能。因此，本发明中，将Bi元素含量的范围控制在0.05％～0.4％。
P：P元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。因此，本发明中，将P元素含量的范围控制在P≤0.02％。
S：S元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。因此，本发明中，将S元素含量的范围控制在S≤0.03％。
本发明一种具有良好强塑性的轻质奥氏体钢的制备工艺包括以下步骤：转炉冶炼、ASP中薄板坯连铸、热连轧、酸洗冷轧、连续退火。
该制备工艺的具体步骤如下：
通过转炉进行冶炼，得到满足成分要求的钢水，按重量百分比计：钢水中含有C：0.6％～1.1％，Si：0.1％～0.5％，Mn：14％～27％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：4.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质，钢水温度在1530～1650℃之间。
ASP中薄板坯连铸连轧，浇铸温度在1350～1500℃，连铸坯厚度在120～180mm之间。铸坯厚度过大会导致连铸生产困难，过薄会导致生产效率降低。
热连轧：铸坯入炉温度在400～700℃之间，加热温度在1100～1250℃之间，开轧温度在1000～1150℃之间，终轧温度在850℃以上，卷曲温度在300～700℃之间。热轧卷厚度在2～6mm之间。铸坯入炉温度过低会增加铸坯开裂的风险；加热和轧制温度过低会导致铸坯开裂；卷曲温度如果超出上述范围，会导致钢板的伸长率下降。
酸洗冷轧：冷轧前轻质奥氏体钢卷通过酸液去除表面的氧化铁皮，进行冷轧，冷轧压下率为30％～80％。冷轧的厚度范围为0.7～2.5mm。
连续退火：退火温度在700～900℃之间，退火时间在2～15min之间，冷却速率大于20℃/s。退火温度过高会导致钢板表面氧化和晶粒过于粗大，降低钢板的强度，退火温度过低会导致钢板退火不完全；冷却速率要大于20℃/s，如果过低会导致钢中碳化物析出，降低钢板的伸长率。
通过上述方法可以得到抗拉强度大于900MPa，延伸率大于30％，密度比钢材降低3％～10％的热轧或冷轧轻质奥氏体钢。
有益效果：
(1)本发明的钢材含有最少为0.06％的稀土Ce，稀土Ce可以有效地提高材料的伸长率和抗延迟断裂性能。
(2)本发明钢材含有少量的Bi，具有提高钢板表面质量，提高钢板强度和伸长率的作用。
(3)本发明采用转炉冶炼—中薄板坯连铸连轧—酸洗冷轧—连续退火的生产工艺，在传统的产线上能够实现轻质奥氏体钢的工业化生产，具有成本低，不需要添加新的生产设备，生产工艺稳定的优点。
(4)生产的热轧和冷轧轻质奥氏体钢板(或钢卷)可以得到抗拉强度大于900MPa，延伸率大于30％，密度比钢材降低3％～10％，具有高强度、高伸长率、高强塑积、低密度的特点。
(5)生产的轻质奥氏体钢的基体组织为奥氏体，含有少量铁素体组织。
附图说明
图1为冷轧实施例6典型的轻质奥氏体钢的金相组织照片，组织为奥氏体，含有少量铁素体。
具体实施方式
本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：本发明提供的具有良好强塑性的轻质奥氏体钢，其化学成分以质量百分比计为：C：0.6％～1.1％，Si：0.1％～0.5％，Mn：14％～27％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：4.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质。转炉炼钢，ASP中薄板坯连铸连轧，浇铸温度在1350～1500℃，连铸坯厚度为120～180mm，铸坯入炉温度为400～700℃，加热温度为1100～1250℃，开轧温度为1000～1150℃，终轧温度在850℃以上，卷曲温度为300～700℃。热轧卷厚度为2～6mm。冷轧前轻质奥氏体钢卷通过酸液去除表面的氧化铁皮，冷轧压下率为30％～80％。连续退火温度在700～900℃之间，退火时间为2～15min，冷却速率大于20℃/s。冷轧的厚度范围为0.7～2.5mm。
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。本发明实施例的熔炼成分见表1，实施例的热轧工艺见表2，实施例热轧钢板的力学性能见表3，实施例的冷轧工艺见表4，实施例冷轧钢板的力学性能见表5。
表1实施例的化学成分，wt％
表2实施例的热轧工艺
| 实施例 | 浇铸温度/℃ | 加热温度/℃ | 开轧温度/℃ | 终轧温度/℃ | 卷曲温度/℃ |
| 1 | 1380 | 1250 | 1150 | 930 | 700 |
| 2 | 1410 | 1250 | 1130 | 920 | 660 |
| 3 | 1420 | 1220 | 1100 | 890 | 610 |
| 4 | 1460 | 1220 | 1080 | 880 | 560 |
| 5 | 1490 | 1200 | 1050 | 860 | 510 |
| 6 | 1420 | 1180 | 1080 | 880 | 460 |
| 7 | 1450 | 1140 | 1020 | 860 | 410 |
| 8 | 1420 | 1100 | 1000 | 850 | 310 |
表3实施例热轧钢板的力学性能
| 实施例 | Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A50/％ |
| 1 | 443 | 1006 | 48 |
| 2 | 449 | 1007 | 45 |
| 3 | 464 | 987 | 42 |
| 4 | 432 | 995 | 48 |
| 5 | 479 | 1009 | 38 |
| 6 | 448 | 988 | 36 |
| 7 | 422 | 1065 | 39 |
| 8 | 438 | 1028 | 38 |
表4实施例的冷轧工艺
表5实施例冷轧钢板的力学性能
| 实施例 | Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A50/％ |
| 1 | 469 | 982 | 45 |
| 2 | 453 | 982 | 48 |
| 3 | 474 | 1028 | 38 |
| 4 | 472 | 1026 | 37 |
| 5 | 467 | 1087 | 45 |
| 6 | 478 | 1085 | 36 |
| 7 | 462 | 989 | 34 |
| 8 | 476 | 1002 | 37 |
按照本实施例的生产方法，热轧后奥氏体钢的抗拉强度≥987MPa，伸长率≥36％，冷轧后奥氏体钢的抗拉强度≥982MPa，伸长率≥34％，具有良好的强塑性。从附图可以看出，冷轧实施例6钢板的基体组织为奥氏体组织，含有少量铁素体组织，这样的组织结构保证了钢板同时具有良好的强度和伸长率。
Claims (3)
1.一种具有良好强塑性的轻质奥氏体钢，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比为：C：0.6％～1.1％，Si：0.1％～0.5％，Mn：14％～27％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：4.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的具有良好强塑性的轻质奥氏体钢的生产方法，包括：转炉冶炼、ASP中薄板坯连铸、热连轧，其特征在于，浇铸温度在1350～1500℃，连铸坯厚度为120～180mm；铸坯入炉温度为400～700℃，加热温度为1100～1250℃，开轧温度为1000～1150℃，终轧温度在850℃以上，卷曲温度为300～700℃。
3.一种如权利要求1所述的具有良好强塑性的轻质奥氏体钢的生产方法，包括：转炉冶炼、ASP中薄板坯连铸、热连轧、酸洗冷轧、连续退火，其特征在于，浇铸温度在1350～1500℃，连铸坯厚度为120～180mm；铸坯入炉温度为400～700℃，加热温度为1100～1250℃，开轧温度为1000～1150℃，终轧温度在850℃以上，卷曲温度为300～700℃；冷轧压下率为30％～80％，退火温度为700～900℃，退火时间为2～15min，冷却速率大于20℃/s。
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