CN108950392A - 一种超高延性低密度钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高延性低密度钢及其制备方法，所述超高延性低密度钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素。本发明根据常规吹气冷却退火生产产线，寻找到了一种700MPa级超高延性低密度钢最佳生产方法，通过设计合理的合金成分体系，随之确定与之相匹配的合理工艺方法，获得超高延性低密度钢，具有超高的延伸率和加工硬化能力。

Description

一种超高延性低密度钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及高强度轻质钢技术领域，特别涉及一种超高延性低密度钢及其制备方法。
背景技术
现代汽车的发展趋势是轻量、节能、防腐和安全舒适等。为应对日益严重的资源紧缺与环境污染，汽车轻量化成为世界汽车发展的重要趋势之一。汽车轻量化可以通过提高汽车用钢的比强度(强度与密度之比)实现。目前实现轻量化的主要途径是使用高强钢和先进高强钢。但是，通过单一高强度钢板实现轻量化已达到极限。提高钢板比强度的另一途径就是在维持良好力学性能的基础上降低钢板材料的密度。低密度钢的开发正是基于这种观念。
低密度钢相比于竞争轻质材料Al具有更高的强度和韧性，而且价格上也有一定的优势。低密度钢具有高加工硬化速率、高强度以及高延性等特点。因此，低密度钢在车辆、船舶、航空航天及军事领域的轻量化与安全服役等方面，都有着广泛应用前景。
但是，低密度钢因含有大量Al钢中会出现脆性k析出物(Fe，Mn)3AlC，使延展性变得很差，在轧制(热轧、冷轧)过程中导致边部开裂问题，并影响钢的最终性能。此外，低密度钢含有大量合金元素产生大量夹杂物，影响钢的延性。
发明内容
针对背景技术中的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种超高延性低密度钢及其制备方法，获得700MPa级超高延性低密度钢，具有超高的延伸率和加工硬化能力。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超高延性低密度钢，包括以下重量百分比的化学成分：
C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素。
作为进一步的优选，所述Mn/Al的重量百分比的比值≥2。
作为进一步的优选，所述超高延性低密度钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.38％，Si：0.35％，Mn：8.5％，P：0.008％，S：0.005％，Alt：3.9％，N：0.005％，Ce：0.03％余量为Fe和杂质。
作为进一步的优选，所述超高延性低密度钢的抗拉强度为700MPa级。
本发明的另一目的在于提供上述超高延性低密度钢的制备方法，包括如下步骤：
钢水经过转炉冶炼后获得板坯，所述板坯化学成分重量百分比如下：C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素；
将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；
将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；
将所述带钢经平整后卷取得到成品。
作为进一步的优选，所述板坯的加热温度为1200～1250℃；所述精轧的终轧温度为900～1000℃；所述热轧板卷取温度为630～660℃。
作为进一步的优选，所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％-60％。
作为进一步的优选，将所述冷硬卷经过连续退火处理，包括：
将所述冷硬卷首先加热至220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；
将所述经过预热的带钢进一步加热到830℃～850℃，其加热速度为1.5℃/s～4℃/s；
将所述经过进一步加热后的带钢在830℃～850℃温度范围内保温60s～100s；
将所述经过保温后的带钢冷却至720℃～760℃，冷却速度约为8℃/s～12℃/s；
将所述经过冷却后的带钢经吹气快冷却至360℃～390℃；
将所述经吹气快冷却至360℃～390℃的带钢在360℃～390℃温度范围内保温300s-400s后进行过时效处理；
将所述经过过时效处理后的带钢进行终冷到室温。
本发明的有益效果是：本发明超高延性低密度钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素。本发明利用添加适当含量的Al降低密度，并添加适当量的Mn、C元素，获得铁素体和奥氏体双相组织结构，通过奥氏体TRIP效应和TWIP效应，使得低密度钢具有超高延伸率和加工硬化能力。通过有效控制Mn/Al值避免脆性金属间化合物析出，解决开裂问题。此外，添加一定量的稀土元素优化夹杂物数量、大小及形状，提高钢的延性。同时，本发明通过利用上述合理的合金成分体系，随之确定与之相匹配的合理工艺方法，根据常规吹气冷却退火生产产线，获得了700MPa级超高延性低密度钢。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种超高延性低密度钢及其制备方法，解决了现有低密度钢延展性差等性能缺陷。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
一种超高延性低密度钢，包括以下重量百分比的化学成分：
C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素。
其中，有效控制Mn/Al值(≥2)避免k碳化物析出，解决轧制过程中开裂问题。
本发明实施例可通过常规吹气冷却退火生产产线制备得到超高延性低密度钢，例如：包括如下步骤：
钢水经过转炉冶炼后获得含有上述化学成分的板坯；
将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；
将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；
将所述带钢经平整后卷取得到成品。
本发明实施例通过上述成分的配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，得到了具有高延伸率和高加工硬化力的低密度双相(铁素体奥氏体)钢。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之超高延性低密度钢及其制备方法。
本发明实施例提供的一种700MPa级超高延性低密度钢的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：将钢水经过转炉冶炼，采用连铸方式获得板坯；实际化学成分如表1所示。
表1化学成分(wt％)
步骤S2：将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；所述板坯的加热温度为1200～1250℃；所述精轧的终轧温度为900～1000℃；所述热轧板卷取温度为630～660℃。
步骤S3：将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％-60％，以利于冷轧工艺的进行。
本发明各实施例步骤S2和S3中的工艺参数具体如表2所示。
表2
步骤S4：将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢。
具体地，包括：
步骤S41：将所述冷硬卷首先加热至220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；该过程中，冷变形的奥氏体发生回复。
步骤S42：将所述经过预热的带钢进一步加热到830℃～850℃，其加热速度为1.5℃/s～4℃/s；该过程实现冷轧奥氏体组织的部分再结晶和生长，并且碳化物开始溶解。
步骤S43：将所述经过进一步加热后的带钢在830℃～850℃温度范围内保温60s～100s，使消除部分位错和碳化物溶解。
步骤S44：将所述经过保温后的带钢冷却至720℃～760℃，冷却速度约为8℃/s～12℃/s；
步骤S45：将所述经过冷却后的带钢经吹气快冷却至360℃～390℃；
步骤S46：将所述经吹气快冷却至360℃～390℃的带钢在360℃～390℃温度范围内保温300s-400s后进行过时效处理；将所述经过过时效处理后的带钢进行终冷到室温。将所述带钢经平整后卷取成成品。
本发明各实施例退火处理中的工艺参数具体如表3所示。
表3
步骤S5：将所述带钢经平整后卷取成成品。
将本发明实施例提供的超高延性低密度钢和传统TRIP钢对力学性能进行对比，结果如表4所示。
Rp0.2表示试样标距部分的非比例伸长达到原始标距0.2％时的应力；
拉伸实验标准是GB/T228-2002。
表4
从表4可以看出，本发明提供的低密度双相钢相比于传统TRIP钢，在相同抗拉强度条件下，呈现更高的延伸率和加工硬化值(n值)。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：本发明实施例提供的一种700MPa级低密度铁素体奥氏体双相钢，利用添加适当含量的Al降低密度；通过添加适当量的Mn、C、Al组合元素，形成铁素体奥氏体双相组织结构，使得TRIP效应和TWIP效应充分发挥，获得高延伸率和加工硬化能力；并通过有效控制Mn/Al值(≥2)抑制k碳化物析出，解决轧制过程中开裂问题。本发明提供的700MPa级低密度双相钢的密度相比于传统钢的密度(7.81g/cm3)约降低5％左右。将其应用于汽车时，会实质性减轻汽车重量。

Claims (8)

1.一种超高延性低密度钢，其特征在于：包括以下重量百分比的化学成分：
C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素。
2.根据权利要求1所述的超高延性低密度钢，其特征在于：所述Mn/Al的重量百分比的比值≥2。
3.根据权利要求1所述的超高延性低密度钢，其特征在于：所述超高延性低密度钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.38％，Si：0.35％，Mn：8.5％，P：0.008％，S：0.005％，Alt：3.9％，N：0.005％，Ce：0.03％余量为Fe和杂质。
4.根据权利要求1所述的超高延性低密度钢，其特征在于：所述超高延性低密度钢的抗拉强度为700MPa级。
5.如权利要求1-4任一项所述的超高延性低密度钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
钢水经过转炉冶炼后获得板坯，所述板坯化学成分重量百分比如下：C：0.3％～0.5％，Si：0.2％～0.5％，Mn：8％～10％，Alt：3％～5％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，余量为Fe和微量元素；
将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；
将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；
将所述带钢经平整后卷取得到成品。
6.根据权利要求5所述的超高延性低密度钢的制备方法，其特征在于：所述板坯的加热温度为1200～1250℃；所述精轧的终轧温度为900～1000℃；所述热轧板卷取温度为630～660℃。
7.根据权利要求5所述的超高延性低密度钢的制备方法，其特征在于：所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％-60％。
8.根据权利要求5所述的超高延性低密度钢的制备方法，其特征在于：将所述冷硬卷经过连续退火处理，包括：
将所述冷硬卷首先加热至220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；
将所述经过预热的带钢进一步加热到830℃～850℃，其加热速度为1.5℃/s～4℃/s；
将所述经过进一步加热后的带钢在830℃～850℃温度范围内保温60s～100s；
将所述经过保温后的带钢冷却至720℃～760℃，冷却速度约为8℃/s～12℃/s；
将所述经过冷却后的带钢经吹气快冷却至360℃～390℃；
将所述经吹气快冷却至360℃～390℃的带钢在360℃～390℃温度范围内保温300s-400s后进行过时效处理；
将所述经过过时效处理后的带钢进行终冷到室温。
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