CN109694990A - 具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢及其生产方法。钢中含有C：0.6％～1.2％，Si：0.1％～0.5％，Mn：1％～3％，Ni：1％～4％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：8.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，其余为Fe和不可避免的杂质，钢材密度为6.8～7.3g/mm3。钢水温度1550～1650℃，浇铸温度1450～1550℃，铸坯厚120～180mm，入炉温度400～700℃，加热温度1100～1250℃，开轧温度1000～1150℃，终轧温度＞850℃，卷曲温度300～700℃，冷轧压下率30％～80％；退火温度700～900℃，退火时间2～15min，冷却速率＞20℃/s，时效时间3～15min。生产的汽车用钢板轻质且具有良好的强塑性。

Description

具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢及其生产方法
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、轻质的相变诱导塑性钢板及其制造方法，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相变诱导塑性钢吸引了各大钢铁公司和汽车厂家的关注。
专利文献CN 101353761B公开了一种高强度冷轧热镀锌用TRIP钢板及其制备方法，其主要化学成分为：C：0.1％～0.4％，Si≤0.06％，Mn：0.5％～2.5％，Al：0.5％～2.0％，P≤0.03％，S≤0.02％，Nb：0.01％～0.10％，Ti：0.01％～0.10％，Cu：0.1％～1.0％，Ni：0.1％～0.6％，其不足之处在于Al含量较低，减重效果有限；其制备方法与常规的TRIP钢生产方法一致。
专利文献CN 102747276A公开了一种相变诱导塑性钢及制备方法，其主要化学成分为：C：0.18％～0.21％，Si：0.5％～0.6％，Mn：1.8％～2.0％，Nb：0.03％～0.04％，P≤0.01％，S≤0.01％，Alt：0.8％～1.0％，N≤0.05％，不足之处在于Al元素含量过低，不能实现轻质的效果。
专利文献CN 103370434B公开了一种具有高的屈强比和延性的奥氏体型轻质高强度钢板及其制备方法，其主要化学成分为：C：0.6％～1.0％，Si：0.1％～2.5％，Mn：10％～15％，Al：5％～8％，P≤0.02％，S≤0.015％，Ti：0.01％～0.20％，N≤0.02％，其不足之处在于Mn含量较高，导致冶炼和连铸生产困难。
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的轻质相变诱导塑性钢及其制备方法。
具体的技术方案是：
一种具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢，钢中化学成分以质量百分比计，含有：C：0.6％～1.2％，Si：0.1％～0.5％，Mn：1％～3％，Ni：1％～4％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：8.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质，钢材密度在6.8～7.3g/mm3。
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元素的含量控制为0.6％～1.2％。
Si：Si元素在钢中主要起到脱氧的作用，减少钢中的夹杂。Si元素含量过低，起不到脱氧的作用；Si元素含量过高，会降低钢板的表面质量。因此，本发明中将Si元素的含量控制为0.1％～0.5％
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元素含量控制为1％～3％。
Ni：Ni元素是钢中的奥氏体稳定元素，具有稳定奥氏体，提高钢板韧性，并且，Ni与Fe，Mn，Al，C元素共同作用，减少Fe(MnAlC)脆性相产生，起到减少热轧和冷轧过程中钢板开裂的问题，Ni含量过低将导致钢板容易开裂，含量过高将导致钢板成本过高。因此，本发明中将Ni元素含量的范围控制在1％～4％。
Al：Al元素在钢中主要起到降低钢材密度，抑制渗碳体的形成，有利于在钢中形成残余奥氏体。Al元素含量过低，会导致钢板密度降低不明显和不利于形成残余奥氏体；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8.0％～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。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，减少钢板边部开裂的问题，提高钢板表面质量和力学性能。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。考虑到成本，本发明中将P元素含量控制在P≤0.02％。
S：S元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将S元素含量控制在S≤0.03％。
本发明还提供了一种具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢的制备工艺，包括以下步骤：转炉冶炼、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：
转炉冶炼：通过转炉进行冶炼，得到按质量百分比计，满足下述成分要求的钢水，C：0.6％～1.2％，Si：0.1％～0.5％，Mn：1％～3％，Ni：1％～4％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：8.0％～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1550～1650℃之间。
中薄板坯连铸：浇铸温度在1450～1550℃，连铸坯厚度在120～180mm之间。
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。
铸坯入炉温度在400～700℃之间，铸坯加热温度过高，容易导致钢中晶界处出现低熔点化合物，加热温度过低会导致无法满足精轧开轧温度的要求；
开轧温度在1000～1150℃之间，如果开轧温度过低，会导致铸坯轧制过程中出现开裂现象；终轧温度要大于850℃，如果终轧温度过低，会导致热轧板材的变形抗力过大，难以轧制到目标厚度；卷曲温度在300～700℃之间，若卷曲温度过高，会导致钢中出现FeMnAlC化合物，降低钢卷的延伸性能，使钢卷在冷轧过程中易开裂；卷曲温度过低，会导致热轧卷的强度过高，在随后的冷轧过程中难以轧制到目标厚度。
酸洗冷轧：冷轧前轻质相变诱导塑性钢卷通过酸液去除表面的氧化铁皮，冷轧压下率为30％～80％。压下率过高，会导致变形抗力过大，难以轧制到目标厚度；压下率过低，会导致冷轧钢板的延伸率下降。
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，冷却到时效温度，时效温度在340～460℃之间，时效时间在3～15min之间，然后冷却到室温。
退火温度为700～900℃，若退火温度大于900℃会导致晶粒组织过于粗大，退火温度过低会导致冷轧钢板伸长率下降；退火时间为2～15min，若退火时间过长，会导致钢板晶粒粗大，退火时间过短，钢板来不急完成退火和再结晶过程，导致钢板伸长率下降；时效温度为340～460℃，时效温度过高，会导致钢板中奥氏体含量过低，伸长率下降，时效温度过低，会导致钢板中出现马氏体组织，伸长率下降；时效时间为3～15min，时效时间过长，会降低生产效率，过短则导致钢板中奥氏体含量下降，伸长率降低。
通过上述方法可以得到抗拉强度≥980MPa，延伸率≥30％，密度降低到6.8～7.3g/mm3之间的冷轧轻质相变诱导塑性钢。
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。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。含有一定数量Ni，具有提高钢板韧性，减少钢板开裂的作用。
(2)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相变诱导塑性钢的工业化生产，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。
(3)生产的轻质相变诱导塑性钢卷(或钢板)具有高强度、高伸长率、高强塑积、低密度的特点，密度比普通钢材降低约3％～20％。
具体实施方式
以下用实施例对本发明进行更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
表1中列出了实施例钢的化学成分，表2列出了实施例钢的连铸和热轧工艺参数，表3列出了实施例钢冷轧和连续退火的工艺参数，表4给出了实施例钢的力学性能。
表1实施例钢的化学成分，wt％
实施例 C Si Mn Ni P S Al Ce Bi
1 0.6 0.3 2.7 1.1 0.007 0.012 8.1 0.11 0.09
2 1.2 0.4 2.9 1.8 0.008 0.008 9.5 0.14 0.11
3 0.7 0.3 2.8 2.2 0.006 0.007 12.2 0.07 0.19
4 0.8 0.4 2.4 2.6 0.009 0.012 10.8 0.1 0.22
5 0.9 0.1 2.2 2.9 0.004 0.013 11.2 0.08 0.17
6 1.0 0.2 1.8 3.2 0.007 0.008 8.6 0.16 0.28
7 1.1 0.5 1.5 3.6 0.01 0.012 13.0 0.15 0.24
8 0.9 0.3 1.1 3.9 0.01 0.014 9.1 0.08 0.32
表2实施例钢的连铸和热轧工艺
表3实施例钢的冷轧退火工艺
表4实施例钢的力学性能
由上述实施例可见，采用本发明的成分设计、轧制、连续退火工艺，生产出的轻质相变诱导塑性钢抗拉强度≥980MPa，延伸率≥30％，密度降低到6.8～7.3g/mm3之间，具有轻质和高强塑性的特点。

Claims (2)

1.一种具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.6％～1.2％，Si：0.1％～0.5％，Mn：1％～3％，Ni：1％～4％，P≤0.02％，S≤0.03％，Al：8.0％～13.0％，Ce：0.06％～0.2％，Bi：0.05％～0.4％，其余为Fe和不可避免的杂质，钢材密度为6.8～7.3g/mm3。
2.一种如权利要求1所述的具有良好强塑性的轻质相变诱导塑性钢的生产方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼、中薄板坯连铸、热连轧、酸洗冷轧、连续退火，其特征在于，
转炉冶炼钢水温度为1550～1650℃，浇铸温度为1450～1550℃，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≥850℃，卷曲温度为300～700℃，热轧卷厚度为2～6mm；
冷轧前通过酸液去除表面的氧化铁皮，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，冷却到时效温度，时效温度为340～460℃，时效时间为3～15min，然后冷却到室温。
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