CN108624820A - 强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢及制备方法 - Google Patents
强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及强塑积大于45 GPa·%的汽车用高强韧钢及制备方法,其化学成分按质量百分比为:C:0.40~0.60%,Mn:7.5~8.0%,Al:2.5~3.5%,Si:0.1~0.2%,P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质。其制造方法为:原料准备;冶炼;铸造;锻造;热轧;一次退火;冷轧;二次退火。本发明所述的汽车用高强韧钢的密度为6.83~6.94 g/cm3,抗拉强度在960~1052 MPa,强塑积大于45 GPa·%。具有强度与塑性的良好配合,极大地提高了钢的成形性和碰撞吸收能,合金成分简单,热处理方案易控,符合汽车轻量化发展要求,适于钢铁企业常规化、批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于高强塑积冷轧汽车用钢技术领域,具体涉及一种强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢及其制备方法。
背景技术
面对汽车保有量增加与资源紧缺、环境污染之间的矛盾,汽车工业在提高安全性、燃油经济性、耐用性和舒适性等方面的要求越来越苛刻,汽车轻量化逐渐发展成为一种必然趋势。将先进高强钢作为汽车车身结构件的制造材料,可以在保证结构件高安全性的同时大幅度降低零件质量,从而实现汽车的轻量化与节能减排。
实际上,汽车用先进高强度钢最早是上世纪70年代开始发展起来的。第一代汽车钢包括主要包含双相钢(DP)、马氏体钢(MART)、复相钢(CP)、IF钢、相变诱发塑性钢(TRIP)等钢种,但是15GPa·%的强塑积水平无法满足新时代汽车轻量化的要求。第二代汽车钢强塑积可达60GPa·%,如孪晶诱导塑性钢 (TWIP)、奥氏体不锈钢等,强塑积可达60GPa·%以上,但是其合金含量高、生产工艺控制困难,导致其成本较高,难以实现大规模工业生产。第三代汽车钢以高硬度的马氏体、纳米析出强化的铁素体或是超细晶的铁素体为基体,充分发挥残余奥氏体的TRIP效应和超细晶多相基体组织应力应变协调效应,强塑积在30GPa·%以上,典型代表钢种包括中锰钢、TRIP钢等。目前,这种高强度、高成形性、高性价比的第三代汽车用钢引起了国内外学者的广泛关注。
专利申请号为201611262468.3的专利公开了一种高强塑积冷轧TRIP钢及其制备方法,经冶炼、热轧、冷轧、预淬火、退火等步骤,冷轧钢板的强塑积可达 25~33GPa·%。专利申请号为201610927995.5的专利公开C:0.1-0.3%,Si: 0.3-3.5%,Mn:3.0-15.0%,Al:1.0-3.5%,V,Ti,Nb各≤0.2%成分体系的中锰钢经热轧、淬火+回火、冷轧、退火可以得到屈服强度590~970MPa,抗拉强度 980~1440MPa,总延伸率30~42%,强塑积40GPa·%以上的钢板。
综上所述,目前的的研究成果多依靠高含量的合金元素甚至稀土元素,或者复杂制备工艺来获得理想的高强塑积匹配,但是随着而来的焊接性和成本问题不可忽略。而本发明的实验用钢成分体系仅为Fe、Mn、Al、C等常规元素,成本较低,同时制备工艺简化为传统冷轧+退火,操作简单,得到抗拉强度960~1052 MPa,断后延伸率47.0~56.5%,强塑积45GPa·%以上,最大达到59GPa·%的高强韧汽车用钢。满足汽车轻量化发展趋势,具有重要的经济意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢及其制备方法,通过合理配比合金元素,精确控制组织状态,优化热处理工艺,从而得到密度低、强度高、塑性优良且成形性良好的冷轧汽车钢板。其密度为6.83~6.94 g/cm3,抗拉强度在960~1052MPa,断后延伸率47.0~56.5%,强塑积可达45~59 GPa·%。
为实现上述目的,本发明设计了一种强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢,化学成分质量百分比分别为:C:0.40~0.60%,Mn:7.5~8.5%,Al:2.5~3.5%, Si:0.1~0.2%,P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地,C:0.45~0.55%,Mn:7.5~8.0%,Al:2.5~3.0%,Si:0.1~0.2%, P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质;Al含量优选为2.5~3.0%,降低钢板密度的同时,防止过高Al含量促进高温铁素体形成,轧后出现带状组织,热处理后难以消除,影响钢板力学性能;C含量优选为0.45~0.55%,Mn含量优选为7.5~8.0%,适当的Mn、C元素配比,有利于调控奥氏体含量及其稳定性,保证室温下得到一定含量的残余奥氏体。
进一步地,上述汽车用高强韧钢的微观组织为奥氏体+马氏体+铁素体,其中奥氏体含量可以达到38.5%~45.2%(质量百分比),优异力学性能是通过细晶强化、形变强化、相变强化、孪晶强化等多种强化机制综合作用实现的。
相应地,本发明还提供了上述高强塑积汽车用钢的制备方法,其工艺流程为:原料准备;冶炼;铸造;锻造;热轧;一次退火;冷轧;二次退火。
进一步地,上述热轧步骤中:热轧前需在1180℃保温2h,开轧温度 1100~1150℃,终轧温度850~900℃,6道次轧制成厚度为4.5mm的板材,轧后空冷至室温。
进一步地,上述一次退火步骤中,一次退火的温度范围是650~750℃,时间为1~2h,主要目的为消除内应力,适当降低强度,便于冷轧压下变形。
进一步地,上述冷轧步骤中,冷轧前用3~5%稀盐酸洗溶液酸洗10~20min,冷轧后板厚为2.20~2.25mm,冷轧压下率不得少于50%。
进一步地,上述二次退火步骤中,二次退火的温度范围是700~750℃,时间为30~180min,退火目的在于提高组织和成分的均匀性,促进静态再结晶的发生而细化晶粒,提高塑性。
本发明采用成分-组织-性能相互耦合作用的设计理念,提供了一种低密度高强塑积的汽车用高强韧钢,密度仅为6.83~6.94g/cm3,抗拉强度在960~1052MPa,断后延伸率47.0~56.5%,强塑积可达45~59GPa·%。具有强度与塑性的良好配合,极大地提高了钢的成形性和碰撞吸收能,合金成分简单,生产成本低,热处理方案易控,符合汽车轻量化发展要求,适于钢铁企业常规化、批量化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3和4制备的强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢的SEM组织形貌,其中:(a)为实施例1的高强塑积汽车用高强韧钢的SEM形貌图像;(b)为实施例2的高强塑积汽车用高强韧钢的SEM形貌图像;(c)为实施例3的高强塑积汽车用高强韧钢的SEM形貌图像;(d)为实施例4的高强塑积汽车用高强韧钢的SEM形貌图像。
图2为本发明实施例1、2、3和4制备的强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢的XRD图谱。
图3为本发明实施例1、2、3和4制备的强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢的工程应力-工程应变曲线。
图4为本发明实施例1制备的强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢的 TEM形貌图像及衍射光斑。
图5为本发明强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢的制备工艺流程图。
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做进一步详细说明。
本发明一种强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢,所述汽车用高强韧钢的化学成分质量百分比分别为:C:0.40~0.60%,Mn:7.5~8.5%,Al:2.5~3.5%, Si:0.1~0.2%,P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质。
一种强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢,所述汽车用高强韧钢的化学成分质量百分比分别为:C:0.45~0.55%,Mn:7.5~8.0%,Al:2.5~3.0%,Si: 0.1~0.2%,P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质。
一种所述的强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢的制备方法,该方法具体包括以下步骤:
步骤1:按照设计成分分别称取各个原料,依次进行冶炼、铸造和锻造;
步骤2:然后经过热轧、一次退火、冷轧和二次退火,即得到汽车用高强韧钢。
所述热轧前需在1180℃保温2h,开轧温度1100~1150℃,终轧温度 850~900℃,6道次轧制成厚度为4.5mm的板材,轧后空冷至室温。
所述一次退火的温度范围是650~750℃,时间为1~2h。
所述冷轧前用3~5%稀盐酸洗溶液酸洗10~20min,冷轧后板厚为2.20~2.25mm,冷轧压下率不得少于50%。
所述二次退火的温度范围是700~750℃,时间为30~180min。
所述汽车用高强韧钢的微观组织为奥氏体+马氏体+铁素体。
所述汽车用高强韧钢的密度为6.83~6.94g/cm3,抗拉强度在960~1052MPa,断后延伸率47.0~56.5%,强塑积可达45~59GPa·%。
实施例1
钢的化学成分及质量百分比如下:C:0.42%,Mn:7.53%,Al:2.54%,Si: 0.15%,余为Fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭,将钢锭加热至 1200℃保温2h,锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h,经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板,终轧温度850~900℃,随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火,700℃保温30min,空冷至室温。
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试,SEM组织形貌图像如图1(a)所示,XRD表征结果如图2所示,其中奥氏体含量为40.5%;根据GB/T228-2002“金属材料室温拉伸试验方法”将热处理后钢板加工成标准拉伸试样,工程应力-工程应变曲线如图3所示;TEM透射图像及选取衍射光斑如图4所示。
实施例2
钢的化学成分及质量百分比如下:C:0.58%,Mn:7.62%,Al:3.17%,Si: 0.14%,余为Fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭,将钢锭加热至 1200℃保温2h,锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h,经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板,终轧温度850~900℃,随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火,700℃保温60min,空冷至室温。
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试,SEM组织形貌图像如图1(b)所示,XRD表征结果如图2所示,奥氏体含量为38.3%;工程应力-工程应变曲线如图3所示。
实施例3
钢的化学成分及质量百分比如下:C:0.52%,Mn:7.78%,Al:2.75%,Si: 0.18%,余为Fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭,将钢锭加热至 1200℃保温2h,锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h,经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板,终轧温度850~900℃,随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火,700℃保温180min,空冷至室温。
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试,SEM组织形貌图像如图1(c)所示,XRD表征结果如图2所示,其中奥氏体含量为35.2%;工程应力-工程应变曲线如图3所示。
实施例4
钢的化学成分及质量百分比如下:C:0.55%,Mn:7.96%,Al:2.90%,Si:0.12%,余为Fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭,将钢锭加热至 1200℃保温2h,锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h,经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板,终轧温度850~900℃,随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火,750℃保温30min,空冷至室温。
表1本发明钢的力学性能
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试,SEM组织形貌图像如图1(d)所示,XRD表征结果如图2所示,奥氏体含量为48.5%;工程应力-工程应变曲线如图3所示。
Claims (9)
1.一种强塑积大于45 GPa·%的汽车用高强韧钢,其特征在于,所述汽车用高强韧钢的化学成分质量百分比分别为:C:0.40~0.60%,Mn:7.5~8.5%,Al:2.5~3.5%,Si:0.1~0.2%,P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种强塑积大于45 GPa·%的汽车用高强韧钢,其特征在于,所述汽车用高强韧钢的化学成分质量百分比分别为:C:0.45~0.55%,Mn:7.5~8.0%,Al:2.5~3.0%,Si:0.1~0.2%,P≤0.02%,S≤0.02%,余量为Fe及不可避免的杂质。
3.一种权利要求1或2所述的强塑积大于45 GPa·%的汽车用高强韧钢的制备方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:
步骤1:按照设计成分分别称取各个原料,依次进行冶炼、铸造和锻造;
步骤2:然后再经过热轧、一次退火、冷轧和二次退火,即得到汽车用高强韧钢。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,热轧前在温度为1180℃保温2 h,开轧温度1100~1150℃,终轧温度850~900 ℃,6道次轧制成厚度为4.5 mm的板材,轧后空冷至室温。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述一次退火的温度为650~750℃,时间为1~2 h。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述冷轧前用3~5%稀盐酸洗溶液酸洗10~20 min,冷轧后板厚为2.20~2.25 mm,冷轧压下率不得少于50%。
7.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述二次退火的温度为700~750 ℃,时间为30~180 min。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述汽车用高强韧钢的微观组织为奥氏体+马氏体+铁素体,其中奥氏体含量的质量百分比为38.5%~45.2%。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述汽车用高强韧钢的密度为6.83~6.94 g/cm3,抗拉强度在960~1052 MPa,断后延伸率47.0~56.5%,强塑积可达45~59GPa·%。
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