CN109136761B

CN109136761B - 一种980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢及其制备方法

Info

Publication number: CN109136761B
Application number: CN201811120515.XA
Authority: CN
Inventors: 姜英花; 邝霜; 韩赟; 谢春乾; 邵肖静; 滕华湘; 刘光明
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: CN109136761A

Abstract

本发明公开了一种980MP级高延性低密度汽车用奥氏体钢，其原料化学成分质量百分比(％)为：C 0.5％～1.0％、Si 0.2％～0.5％、Mn 12％～16％、Alt 5％～8％、Ti 0.1％～0.3％、Ce：0.02％～0.04％、P≤0.01％、S≤0.01％、N≤0.004％，余量为Fe和微量元素。所述汽车用奥氏体钢的生产方法包括铁水连铸—粗轧—精轧—冷却—卷取—冷轧—连续退火—平整。该方法基于常规喷气冷却退火生产方法，通过设计合理的合金成分体系以及与之相匹配的合理工艺方法，使得低密度奥氏体钢具有良好的延伸率和加工硬化能力。

Description

一种980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢及其制备方法，属于高强度轻质钢技术领域。

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。但是，通过高延性高强度钢板实现轻量化已达到极限，需进一步开发轻质钢实现轻量化。

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。低密度钢具有加工硬化速率高、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。

基于以上现状，根据常规吹气冷却退火生产线，寻找一种980级高延性低密度汽车用奥氏体钢最佳生产方法，即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，获得高强度高延性低密度汽车用奥氏体钢。

发明内容

本发明旨在提供一种980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢及其制备方法，主要解决低密度钢因含有大量Al而出现脆性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的技术问题。本发明基于常规喷气冷却退火生产方法，通过设计合理的合金成分体系以及与之相匹配的合理工艺方法，使得低密度奥氏体钢具有良好的延伸率和加工硬化能力。

本发明一方面涉及一种980MP级高延性低密度汽车用奥氏体钢，其原料化学成分质量百分比(％)为：C 0.5％～1.0％、Si 0.2％～0.5％、Mn 12％～16％、Alt 5％～8％、Ti0.1％～0.3％、Ce：0.02％～0.04％、P≤0.01％、S≤0.01％、N≤0.004％，余量为Fe和微量元素。

本发明还涉及一种上述980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢的生产方法，其包括：

(1)将钢水通过冶炼后连铸获得板坯；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；

(2)将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；

(3)将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；

(4)将所述带钢经平整后卷取成成品。

本发明详细说明

本发明提供了一种980MP级高延性低密度汽车用奥氏体钢，其原料化学成分质量百分比(％)为：C 0.5％～1.0％、Si 0.2％～0.5％、Mn 12％～16％、Alt 5％～8％、Ti0.1％～0.3％、Ce0.02％～0.04％、P≤0.01％、S≤0.01％、N≤0.004％，余量为Fe和微量元素。

以下是本发明所涉及的主要组分的作用及其限定说明：

碳：碳是奥氏体元素，碳含量的高低很大程度地决定了钢板的抗拉强度级别，是影响碳当量很重要的指标。随着碳元素含量增加，钢板硬度增加，但其塑性和材料冲压性能下降，降低焊接性能，本发明将C元素含量限定在0.5％-1.0％。

锰：锰也是奥氏体元素，随着锰含量的增加，奥氏体层错能增加，形变机制由马氏体相变转变为孪生诱导塑性变形。在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。锰的加入，韧性增加的同时还能提高强度，硬度和淬透性，还能改善钢的热加工性能，会从一定程度上减弱钢的耐腐蚀性能，降低焊接性能。本发明将Mn元素含量控制在12％-16％。

钛：钛在高温下形成TiN抑制钢中AlN的夹杂物形成，中温下通过TiC析出有效抑制k碳化物析出，进而提高钢的延性和屈服强度。钛价格较贵，需严格控制其含量，Ti含量较低时，无法充分发挥其析出强化作用，保证材料基本的强度，本发明要求Ti含量控制在0.1％-0.3％。

铝：铝是提高层错能的最有效元素，通过提高奥氏体层错能，有效控制钢的加工硬化能力。同时添加Al可以有效降低钢的密度。但由于添加过量Al会导致脆性k碳化物析出，恶化钢的延性。本发明将铝含量限定在5％-8％。

硅：硅元素使得面心立方结构相的数量得到降低，获得了马氏体转变。硅元素能够降低奥氏体的层错能，导致材料中层错的数量得到提高。由于Si含量的增加具有恶化耐蚀性，所以目前基本以3wt％Si含量为研究对象。

氮：钢中的氮既与Al可以形成氮化Al又可以溶解残留在晶格间隙中，对钢的性能影响显著，使强度、硬度提高，塑性下降，本发明中N含量应尽量低，控制在N含量≤0.004％。

磷：钢中磷一般固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，但磷有严重的偏析倾向，往往导致钢中带状组织加剧，钢的塑性和韧性下降，成形性能恶化，本发明中P的含量≤0.01％。

硫：钢中硫化物夹杂处往往成为冲压开裂时的应力集中源，硫是钢中有害杂质元素，应严加控制，本发明中S含量≤0.012％。

铈：铈作为稀土元素，添加一定量后优化夹杂物数量、大小及形状，提高钢的延性。但稀土元素容易储氢，大量添加会加剧氢脆断裂，本发明中Ce含量控制在0.02％～0.04％。

本发明所述980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢的显微组织是具有大量孪晶的奥氏体相。

本发明还提供一种上述980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢的生产方法，其包括：

(2)将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；

(3)将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；

(4)将所述带钢经平整后卷取成成品。

根据本发明所述汽车用奥氏体钢的生产方法，其中步骤(1)中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450～500℃。本发明采用高温终轧低温卷取，使得在高延性领域完成轧制，并通过快冷尽量避免k碳化物析出，解决轧制过程中开裂问题。

根据本发明所述汽车用奥氏体钢的生产方法，其中步骤(2)中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。

根据本发明所述汽车用奥氏体钢的生产方法，其中步骤(3)中所述连续退火处理包括：

(a)将所述冷硬卷加热至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。

(b)将所述经过预热的带钢进一步加热到810℃～830℃，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；在所述温度范围内保温60s～100s，以消除部分位错并使碳化物溶解。

(c)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；

(d)将所述冷却后的带钢经吹气快冷却至360℃～390℃，冷却速度约为30℃/s～40℃/s；在所述温度范围内保温300s-400s后进行过时效处理；

(e)将所述经过过时效处理后的带钢进行终冷到室温。

根据本发明所述汽车用奥氏体钢的生产方法，其中步骤(4)中平整延伸率约为0.4～0.6％。

本发明提供的980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢及其生产方法，利用添加适当量的Al降低钢的密度，并通过添加Mn和C组合元素提高奥氏体层错能，研发出具有高强度和高延伸率的低密度全奥氏体钢。采用高温终轧低温卷取工艺和添加一定量的Ti，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。

附图说明

图1为本发明所述980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢的显微组织照片。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

以下是本发明生产980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢的实例说明：

钢水通过冶炼后连铸获得板坯，钢水化学成分如表1所示。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，所述冷硬卷在立式连续退火炉中进行连续退火处理获得带钢，经双机架进行平整，具体工艺参数见表2。本发明实施例1-3生产的高强度高延性低密度汽车用奥氏体钢均未见明显开裂，其成品力学性能如表3所示。发明提供的高强度高延性低密度汽车用奥氏体钢的密度约为7.0g/cm³左右。

表1 钢水的化学成分，Wt％

序号	C(％)	Si(％)	Mn(％)	P(％)	S(％)	Alt(％)	Ti(％)	Ce(％)
									实施例1	0.8	0.3	14.5	0.006	0.002	6.8	0.2	0.03
实施例2	0.5	0.2	12	0.01	0.007	5.2	0.1	0.02
									实施例3	1.0	0.5	16	0.008	0.005	7.7	0.3	0.04
对比例1	0.4	0.3	15	0.009	0.004	5.8	-	0.03
									对比例2	1.2	0.3	14.5	0.007	0.002	6.0	0.4	-

表2.实施例和对比例中主要轧制工艺参数

表3.实施例及对比例中的成品力学性能

本申请实施例中提供的高强度高延性低密度汽车用奥氏体钢及其生产方法，利用添加适当含量的Al降低密度；通过添加是当量的Mn、C、Al稳定奥氏体，抑制ε马氏体相变，获得具有大量孪晶的显微组织结构，使得低密度奥氏体钢具有高延伸率和加工硬化能力；并通过TiC析出有效抑制k碳化物析出，进而提高钢的延性和屈服强度；采用高温终轧低温卷取有效抑制k碳化物析出，解决轧制过程中开裂问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种980MP级高延性低密度汽车用奥氏体钢，其原料化学成分质量百分比(％)为：C0.5％～1.0％、Si 0.2％～0.5％、Mn 12％～16％、Alt 5％～8％、Ti 0.1％～0.3％、Ce：0.02％～0.04％、P≤0.01％、S≤0.01％、N≤0.004％，余量为Fe和微量元素；

所述汽车用奥氏体钢的内部显微组织具有大量孪晶；

所述的980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢的生产方法，其包括：

(2)将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；

(3)将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；

(4)将所述带钢经平整后卷取成成品；

步骤(1)中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450～500℃；

步骤(2)中所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％-60％；

步骤(3)中所述连续退火处理包括：

(a)将所述冷硬卷加热至220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；

(b)将所述经过预热的带钢进一步加热到810℃～830℃，其加热速度为 1.5℃/s～4℃/s，在所述温度范围内保温60s～100s；

(c)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；

(d)将所述冷却后的带钢经吹气快冷却至360℃～390℃，冷却速度为30℃/s～40℃/s；在所述温度范围内保温300s-400s后进行过时效处理；

(e)将所述经过过时效处理后的带钢进行终冷到室温。

2.如权利要求1所述的汽车用奥氏体钢，其特征在于，步骤(4)中平整延伸率为0.4～0.6％。