CN109023038B - 一种相变诱发塑性钢及其制备方法 - Google Patents

一种相变诱发塑性钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种相变诱发塑性钢及其制备方法，所述相变诱发塑性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：1.0％～2.0％，Alt：3.5％～4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明采用常规喷气冷却退火生产方法，制备得到了一种780MPa级汽车用低密度相变诱发塑性钢，具有良好的延伸率和焊接性。

Description

一种相变诱发塑性钢及其制备方法
技术领域
本发明属于高强度相变诱发塑性钢技术领域，尤其涉及一种相变诱发塑性钢及其制备方法。
背景技术
降低油耗与提高车身安全性是汽车工业发展的趋势。减轻汽车自重是降低油耗的有效途径，这就要求使用厚度更薄的钢板。然而钢减薄必然导致汽车车身安全性能的降低，为缓解这类矛盾，需使用高延性高强度钢板。
通常钢铁材料强度的增加将导致延性的降低。但相变诱发塑性钢例外，TRIP钢在具有较高强度的同时比同强度的DP，CP钢呈现更高的延性。这很大程度上归因于钢中的残余奥氏体在变形过程中诱发马氏体而使缩颈均布，从而使均匀应变增加，即TRIP效应。但TRIP钢的焊接性较差，其实用性受到限制。
发明内容
针对背景技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种相变诱发塑性钢及其制备方法，采用常规喷气冷却退火生产方法，制备得到了一种780MPa级汽车用低密度相变诱发塑性钢，具有良好的延伸率和焊接性。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种相变诱发塑性钢，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：1.0％～2.0％，Alt：3.5％～4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质。
作为进一步的优选，所述相变诱发塑性钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.38％，Si：0.35％，Mn：1.3％，P：0.008％，S：0.005％，Alt：3.9％，N：0.005％，Ce：0.03％余量为Fe和不可避免杂质。
作为进一步的优选，所述相变诱发塑性钢的密度为7.0-7.4g/cm3，抗拉强度为780MPa级。
本发明的另一目的在于提供上述相变诱发塑性钢的制备方法，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：1.0％～2.0％，Alt：3.5％～4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质；
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630～670℃；
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％；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢。
作为进一步的优选，所述转炉冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C0.3-0.5％，S≤0.010％，P≤0.01％，冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1670～1690℃；冶炼过程中连浇的终点目标温度为1660～1680℃。
作为进一步的优选，所述转炉冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为4kg/t。
作为进一步的优选，所述转炉冶炼在出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉加入渣料包括800kg小粒白灰和200kg萤石；之后，采用微碳Mn-Fe调Mn。
作为进一步的优选，所述转炉冶炼在出钢过程中，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。
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；
将经过冷却至650℃～700℃的带钢经吹气冷却至380℃～420℃，保温300s～400s进行过时效处理；
将经过过时效处理的带钢最后冷却至160℃，冷却速度约为2℃/s～4℃/s。
本发明的有益效果是：本发明相变诱发塑性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：1.0％～2.0％，Alt：3.5％～4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质。经性能检测，本发明塑性钢的密度为7.0-7.4g/cm3，为低密度相变诱发塑性钢，抗拉强度为780MPa级。本发明利用添加适当含量的Al获得低密度钢，并获得有利于焊接性的高韧性δ铁素体，解决传统TRIP钢的焊接问题。本发明添加适当量的C和Al元素，获得一定量的残余奥氏体，使得低密度相变诱发塑性钢具有高延伸率和加工硬化能力。本发明塑性钢密度相比于传统钢的密度(7.81g/cm3)约降低5％，将其应用于汽车时，会实质性减轻汽车重量。
具体实施方式
本发明通过提供一种相变诱发塑性钢及其制备方法，解决了现有高延性高强度钢板的缺陷。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例相变诱发塑性钢，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：1.0％～2.0％，Alt：3.5％～4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质。
选择上述百分比范围的C含量是为了稳定奥氏体，最终获得残留奥氏体。Mn含量确保一定的强度。选择上述百分比范围的Al含量，可以降低钢的密度，获得高韧性δ铁素体，而且可以促使C富集于奥氏体。此外，添加一定量的稀土元素，例如Ce，可以优化夹杂物数量、大小及形状，提高钢的延性。
本发明实施例塑性钢的组织由低温铁素体、高温δ铁素体及残余奥氏体组成。
本发明实施例相变诱发塑性钢的制备方法，包括以下步骤：钢水经过转炉冶炼后获得板坯；将包含上述化学成分的板坯进行加热，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630～670℃；
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％；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢。
本发明通过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，保证了最终塑性钢产品的实际性能以及表面质量。
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相变诱发塑性钢及其制备方法。
本发明实施例提供的一种生产780MPa级低密度相变诱发塑性钢的方法，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％)
实施例 C Si Mn P S Alt Ce N
1 0.30 0.35 1.0 0.008 0.005 4.8 0.032 0.003
2 0.34 0.27 1.2 0.007 0.004 3.5 0.020 0.002
3 0.38 0.35 1.3 0.008 0.005 3.9 0.030 0.004
4 0.42 0.50 2.0 0.007 0.005 4.5 0.024 0.002
5 0.46 0.20 1.8 0.006 0.007 4.0 0.038 0.003
6 0.50 0.46 1.6 0.009 0.009 4.2 0.040 0.001
其中，冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C 0.3-0.5％，S≤0.010％，P≤0.01％，冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1670～1690℃(实施例1-6中分别为1670，1675，1680，1690，1685，1678℃)；冶炼过程中连浇的终点目标温度为1660～1680℃(实施例1-6中分别为1660，1675，1680，1678，1665，1670℃)；冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为4kg/t；冶炼过程在出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉800kg小粒白灰和200kg萤石；之后，采用微碳Mn-Fe调Mn；冶炼过程在出钢过程中，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。
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630～670℃。其中，采用高温终轧与高温卷取，使得热轧板的组织为尺寸粗大的多边形铁素体晶粒与发育充分的珠光体，该显微组织具有相对低的屈服强度。这使得在冷轧变形时轧制力减小，有利于进行冷轧工序。
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
实施例 加热温度℃ 终轧温度℃ 卷取温度℃ 冷轧压下率％
1 1200 900 630 60
2 1210 920 635 55
3 1220 950 650 58
4 1230 970 640 52
5 1240 1000 660 55
6 1250 980 670 50
步骤S4：将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢。
其中，步骤S4将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢包括：
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，冷变形的铁素体发生回复。
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；该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。
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，该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。随着Al含量提高两相区温度也增加。因此，本发明中采用了高温加热制度，以便可以获得有效的残余奥氏体量。
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；该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。
步骤S45：将经过冷却至650℃～700℃的带钢经吹气冷却至380℃～420℃，保温300s～400s进行过时效处理。该过程中，部分奥氏体转变，进一步使碳富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性。本发明中采用了高温时效温度，使得相变充分发生，以便获得富碳的残余奥氏体。
步骤S46：将经过过时效处理的带钢最后冷却至160℃，冷却速度约为2℃/s～4℃/s。该过程中，一部分不稳定的奥氏体有可能会转变为马氏体，有利于提高带钢强度。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
Figure BDA0001737517980000061
Figure BDA0001737517980000071
步骤S5：将所述带钢经平整后卷取成成品。
本发明实施例3提供的低密度相变诱发塑性钢、传统DP钢及传统TRIP钢力学性能的对比如表4所示。
Figure BDA0001737517980000072
Figure BDA0001737517980000081
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。
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：
本发明相变诱发塑性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：1.0％～2.0％，Alt：3.5％～4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质。经性能检测，本发明塑性钢的密度为7.23-7.41g/cm3，为低密度相变诱发塑性钢，抗拉强度为780MPa级。本发明利用添加适当含量的Al获得低密度钢，并获得有利于焊接性的高韧性δ铁素体，解决传统TRIP钢的焊接问题。本发明添加适当量的C和Al元素，获得一定量的残余奥氏体，使得低密度相变诱发塑性钢具有高延伸率和加工硬化能力。本发明塑性钢密度相比于传统钢的密度(7.81g/cm3)约降低5％以上，将其应用于汽车时，会实质性减轻汽车重量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种相变诱发塑性钢，其特征在于：包括以下重量百分比的化学成分：
C：0.3％～0.5％，0.2％≤Si＜0.5％，1.0％≤Mn＜1.8％，3.9％≤Alt≤4.8％，Ce：0.02％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质；
所述相变诱发塑性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，
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℃＜温度≤1250℃；所述精轧的终轧温度为900～1000℃；所述热轧板卷取温度为630～670℃；
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％；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；所述连续退火为喷气冷却连续退火。
2.根据权利要求1所述的相变诱发塑性钢，其特征在于：所述相变诱发塑性钢的密度为7.0-7.4g/cm3，抗拉强度为780MPa级。
3.根据权利要求1所述相变诱发塑性钢，其特征在于：所述转炉冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C：0.3-0.5％，S≤0.010％，P≤0.01％。
4.根据权利要求1所述相变诱发塑性钢，其特征在于：冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1670～1690℃；冶炼过程中连浇炉的终点目标温度为1660～1680℃。
5.根据权利要求1所述相变诱发塑性钢，其特征在于：所述转炉冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为4kg/t。
6.根据权利要求1所述相变诱发塑性钢，其特征在于：所述转炉冶炼在出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉加入渣料包括800kg小粒白灰和200kg萤石。
7.根据权利要求1所述相变诱发塑性钢，其特征在于：所述转炉冶炼在出钢过程中，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。
8.根据权利要求1所述相变诱发塑性钢，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℃，冷却速度为8℃/s～12℃/s；
将经过冷却至650℃～700℃的带钢经吹气冷却至380℃～420℃，保温300s～400s进行过时效处理；
将经过过时效处理的带钢最后冷却至160℃，冷却速度为2℃/s～4℃/s。
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