CN110129680A

CN110129680A - 一种中锰轻质q&p钢及其制备方法

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Publication number: CN110129680A
Application number: CN201910511960.7A
Authority: CN
Inventors: 刘杰; 高鹏飞; 赵征志; 莫志英; 何青; 康涛; 薛建忠; 陈伟健; 曹荣华; 梁驹华; 庞靖宇; 梁江涛; 解清阁
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2039-06-13
Also published as: CN110129680B

Abstract

本发明提供了一种中锰轻质Q&P钢及其制备方法，属于汽车用高强钢技术领域。该钢的化学成分以质量百分比计为：C：0.3~0.5%，Si：1.0~2.5%，Mn：3.0~5.0%，Al：3.1~5.5%，Al+Si：＞5.5%，P+S+N≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。制备步骤为：冶炼、铸造、锻造、两段式热轧、两次热处理。本发明的中锰轻质Q&P钢组织由亚稳奥氏体、α‑铁素体、δ‑铁素体和回火马氏体组成，力学性能为屈服强度611‑670MPa、极限抗拉强度1073‑1201MPa、延伸率15.5‑22.7%，钢密度显著减低，可以有效实现汽车轻量化。

Description

一种中锰轻质Q&P钢及其制备方法

技术领域

本发明属于先进超高强度钢技术领域，特别是涉及一种中锰轻质Q&P钢及其制备方法。

背景技术

随着汽车产业的迅速发展，能源紧张、环境污染、安全性等社会问题日益突出。为了应对这些问题，轻量化和节能环保已成为汽车产业发展的必然趋势。作为先进高强钢的Fe-Mn-Al-C低密度钢因其具有低密度、高强度和良好的塑性，满足汽车轻量化发展的需求，但其较高的合金成分使其工业生产难度大、成本高。为降低汽车用钢的生产难度和生产成本，中锰轻质钢因其具有优异的比强度（即强度与密度比），良好的力学性能，较低的材料成本和工业可行性，更具发展潜力，符合未来汽车用钢轻量化的发展要求。

中锰轻质钢是在普通C-Mn系中锰钢的基础上添加一定量的Si、Al轻质元素发展而来。Si、Al不仅能在在组织转变过程中有效地阻碍碳化物的形成和析出，促进铁素体的形成提升钢的塑性，提高两相区温度区间缩短退火时间，还可以通过增大钢的晶格常数来降低钢的密度，从而降低钢的自重。

上海大学何燕霖等人采用连续退火工艺处理了0.24%C-3.57%Mn-4.99%Al和0.24%C-3.46%Mn-5.17%Al-2.08Cr两种成分不同的中锰轻质钢，所得试验钢或拉伸曲线存在屈服平台或抗拉强度不超过1000MPa。韩国SS Sohn 等人报道了0.35%C-3.5%Mn-5.8%Al中锰轻质钢经热轧-冷轧-临界区退火+等温时效，得到强度级别为900MPa的钢板。201510112679.8的专利公开了0.10-0.35%+5-9%Mn+4-7.5Al中锰轻质钢及其制造方法。利用C、Mn元素增强奥氏体稳定性，采用临界区退火30min以获得铁素体+亚稳奥氏体双相组织，其钢板强度级别较低，而且退火时间偏长。

综上所述，前述的中锰轻质钢通过添加一定量的轻质元素，可以获得塑性良好，且密度较低的钢板，但是其抗拉强度在1000MPa以下，难以满足汽车对对安全性能的要求。此外上述退火工艺比较复杂，在工业生产线上难以操作；而且通过上述工艺开发的中锰轻质钢，有时拉伸曲线存在屈服平台，不利于冲压成形，难以满足冲压性能要求较高的覆盖件的生产。

发明内容

本发明提供了一种中锰轻质Q&P钢及其制备方法，通过合理的成分设计，简单的制备工艺，获得一种高抗拉强度、拉伸曲线不存在屈服平台的中锰轻质Q&P钢，有利于冲压成形，并且有利于焊接成形。

本发明中锰轻质Q&P钢的化学成分以质量百分比计为C：0.3~0.5%，Si：1.0~2.5%，Mn：3.0~5.0%，Al：3.1~5.5%，Al+Si：＞5.5%，P+S+N≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。

上述中锰轻质Q&P钢的制备步骤为：

（1）将满足所述中锰轻质Q&P钢化学成分的铸坯加热至1180-1230℃，保温1-2个小时，然后进行锻造，开锻温度≥1150℃，终锻温度≥950℃，得到锻坯；

（2）将所述锻坯加热至1180-1230℃，保温1-2个小时；然后进行2道次热轧；热轧后将钢带放入1120-1150℃的加热炉中保温3-10min；然后再进行3道次热轧，热轧终轧温度≥950℃，热轧总压下量为92-95%，最后空冷至室温，得到热轧钢带；

（3）将所述热轧钢带加热至825~925℃，保温时间8~10min，取出快速水冷至室温，水冷却速率≥60℃/s，得到水冷钢带；

（4）将所述水冷钢带加热至280~470℃，保温时间4~6 min，取出水冷至室温，水冷却速率≥25℃/s，得到所述中锰轻质Q&P钢。

所述制备步骤（2）得到的热轧钢带的厚度为1.5-4mm。

所述制备步骤（2）得到的热轧钢带的组织为：δ-铁素体、带状马氏体和细等轴铁素体；带状马氏体与δ-铁素体沿轧制方向交替分布，等轴铁素体分布在原奥氏体晶界处；其中，δ-铁素体的体积百分数为47~51%，带状马氏体的体积百分数为49~53%，细等轴铁素体的体积百分数为0.5~2%。

所述制备步骤（3）得到的水冷钢带的组织为：α-铁素体、奥氏体、δ-铁素体和马氏体；α-铁素体呈板条状分布，奥氏体/马氏体组织表面光滑；其中，奥氏体的体积百分数为23-26%，奥氏体中的碳含量为0.82-0.95%。

所述制备步骤（4）得到的所述中锰轻质Q&P钢的组织为：残余奥氏体、α-铁素体、δ-铁素体和回火马氏体；奥氏体/马氏体组织表面高低不平；其中，残余奥氏体的体积分数为24-27%，奥氏体中的碳含量为0.88-1.1%。

所述制备方法得到的中锰轻质Q&P钢的密度为7.15-7.30 g·cm^-3。

本发明的有益效果：

本发明通过合理的化学成分设计，添加了Al、Si等轻质元素，在保证钢的力学性能的同时显著降低了钢的密度，达到7.15-7.30 g·cm^-3。有效实现了汽车轻量化。

本发明钢相比于高锰轻质钢，锰元素含量低，碳当量低，利于焊接成形。由于没有添加Cr、Nb、Mo、Ni等贵重合金元素，降低了生产成本，有利于工业生产。

本发明制备方法中，通过合理的工艺设计，实现了：（1）组织中奥氏体、铁素体、马氏体体积分数的合理分配；（2）马氏体中过饱和的碳原子大量有效地富集到奥氏体中，而不会以碳化物的形式析出，提高了残余奥氏体的机械稳定性；（3）保证了中锰轻质钢高的抗拉强度，避免了屈服平台的产生，得到的中锰轻质Q&P钢的力学性能为屈服强度611-670MPa，极限抗拉强度1073-1201MPa，延伸率15.5-22.7%。

附图说明

图1：对比例1制备步骤（3）得到的水冷钢带组织的EBSD照片。

图2：实施例1的热轧组织。

图3：实施例2制备步骤（4）得到的成品钢带组织（850℃×9min+400℃×5min）的SEM照片。

图4：实施例6制备步骤（4）得到的成品钢带组织（900℃×8min+400℃×4.5min）的SEM照片。

图5：对比例4制备步骤（4）得到的成品钢带组织（950℃×10min+450℃×6min）的SEM照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致的描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本申请的中锰轻质Q&P钢及其制备方法进行详细说明。

实施例1

本实施例的化学成分以质量百分比计为：C：0.34%，Si：1.53%，Mn：3.85%，Al：4.18%，Al+Si：5.71%，P+S+N：0.018%，其余为Fe和不可避免的杂质。

制备步骤为：（1）将上述成分的铸坯加热至1200℃，保温1.5h，进行锻造，开锻温度1160℃，终锻温度970℃，得到锻坯；（2）将锻坯加热至1200℃，保温1.5个小时；然后进行2道次热轧，压下率分别为35%、50%；热轧后将钢带放入1130℃的加热炉中保温8min；然后再进行3道次热轧，压下率分别为38.5%、37.5%、20%，热轧终轧温度970℃，热轧总压下量为92%，最后空冷至室温，得到2.5mm的热轧钢带；（3）将热轧钢带放入850℃的加热炉中，保温时间9min，取出快速水冷至室温，水冷却速率73℃/s，得到水冷钢带；（4）将所述水冷钢带放入350℃的加热炉中，保温时间5 min，取出水冷至室温，水冷却速率35℃/s，得到所述中锰轻质Q&P钢。

制备步骤（2）得到的热轧钢带的组织为：δ-铁素体、带状马氏体和细等轴铁素体；带状马氏体与δ-铁素体沿轧制方向交替分布，等轴铁素体分布在原奥氏体晶界处，如图1所示；其中，δ-铁素体的体积百分数为47.8%，带状马氏体的体积百分数为51%，细等轴铁素体的体积百分数为1.2%。

制备步骤（3）得到的水冷钢带的组织为：α-铁素体、奥氏体、δ-铁素体和马氏体；α-铁素体呈板条状分布，奥氏体/马氏体组织表面光滑；其中，奥氏体的体积百分数为25.8%，奥氏体中的碳含量为0.93%。

制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢的组织为：残余奥氏体、α-铁素体、δ-铁素体和回火马氏体；奥氏体/马氏体组织表面高低不平；其中，残余奥氏体的体积分数为24.4%，奥氏体中的碳含量为1.03%；其密度为7.20 g·cm^-3。

所述制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢的力学性能为：屈服强度663MPa，极限抗拉强度1167MPa，延伸率18.2%，拉伸曲线不存在屈服平台。

工艺参数及性能参数见表1所示。

实施例2

本实施例的化学成分与实施例1完全相同。

本实施例的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：制备步骤（4）中加热炉的温度为400℃；制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为25.8%，残余奥氏体中的碳含量为1.05%，组织SEM照片见图3；力学性能为：屈服强度658MPa，极限抗拉强度1121MPa，延伸率20.4%，拉伸曲线不存在屈服平台。

工艺参数及性能参数见表1所示。

实施例3

本实施例的化学成分与实施例1完全相同。

本实施例的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：制备步骤（4）中加热炉的温度为450℃；制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为26.4%，残余奥氏体中的碳含量为0.98%；力学性能为：屈服强度666MPa，极限抗拉强度1073MPa，延伸率19.1%，拉伸曲线不存在屈服平台。

工艺参数及性能参数见表1所示。

对比例1

本对比例的化学成分与实施例3完全相同。本实施例的制备步骤与实施例3基本相同，不同之处在于：制备步骤（3）中加热炉的温度为800℃，保温时间10min；组织中奥氏体的体积分数为28.1%，奥氏体中的碳含量为1.13%；制备步骤（4）中的保温时间为6min，得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为27%，残余奥氏体中的碳含量为1.05%，组织SEM照片见图2；力学性能为：屈服强度665MPa，极限抗拉强度861MPa，延伸率29.7%。工艺参数及性能参数见表1所示。

对比例2

本对比例的化学成分与实施例3完全相同。本实施例的制备步骤与实施例3基本相同，不同之处在于：制备步骤（4）中加热炉的温度为300℃，制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为26.1%，残余奥氏体中的碳含量为1.08%；力学性能为：屈服强度670MPa，极限抗拉强度1223MPa，延伸率9.8 %。工艺参数及性能参数见表1所示。

实施例4

本实施例的化学成分以质量百分比计为：C：0.32%，Si：2.06%，Mn：3.63%，Al：4.72%，Al+Si：6.78%，P+S+N：0.022%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：制备步骤（2）最后一道次压下率为50%，热轧终轧温度为950℃，热轧总压下量为93.5 %，最后空冷至室温，得到1.6mm厚的热轧钢带；制备步骤（3）中加热炉的温度为900℃，保温时间8min，水冷却速率65℃/s；制备步骤（4）中加热炉的度为300℃，保温时间为4.5min，水冷却速率27℃/s。

制备步骤（2）得到的热轧钢带的组织中，δ-铁素体的体积百分数为48.7%，带状马氏体的体积百分数为49.5%，细等轴铁素体的体积百分数为1.8%。制备步骤（3）得到的水冷钢带的组织中，奥氏体的体积百分数为23.7%，奥氏体中的碳含量为1.8%。制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢的组织中，残余奥氏体的体积分数为19.5%，残余奥氏体中的碳含量为1.02%，其密度为7.15 g·cm^-3。

所述制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢的力学性能为：屈服强度629MPa，极限抗拉强度1201MPa，延伸率16.3%，拉伸曲线不存在屈服平台。

工艺参数及性能参数见表1所示。

实施例5

本实施例的化学成分与实施例4完全相同。

本实施例的制备步骤与实施例4基本相同，不同之处在于：制备步骤（4）中加热炉的温度为350℃；制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为24.0%，残余奥氏体中的碳含量为1.08%；力学性能为：屈服强度617MPa，极限抗拉强度1171MPa，延伸率15.5%，拉伸曲线不存在屈服平台。

工艺参数及性能参数见表1所示。

实施例6

本实施例的化学成分与实施例4完全相同。

本实施例的制备步骤与实施例4基本相同，不同之处在于：制备步骤（4）中加热炉的温度为400℃；制备步骤（4）得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为19.4%，残余奥氏体中的碳含量为1.01%，组织SEM照片见图4；力学性能为：屈服强度621MPa，极限抗拉强度1109MPa，延伸率22.7%，拉伸曲线不存在屈服平台。

工艺参数及性能参数见表1所示。

对比例3

本对比例的化学成分与实施例6完全相同。本实施例的制备步骤与实施例6基本相同，不同之处在于：制备步骤（4）中加热炉的温度为450℃，得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为24.6%，残余奥氏体中的碳含量为0.88%；力学性能为：屈服强度611MPa，极限抗拉强1120MPa，延伸率8.4%。工艺参数及性能参数见表1所示。

对比例4

本对比例的化学成分与实施例6完全相同。本实施例的制备步骤与实施例6基本相同，不同之处在于：制备步骤（3）中加热炉的温度为950℃，保温时间为10min；制备步骤（4）的保温时间为6min，得到的中锰轻质Q&P钢组织中的残余奥氏体的体积分数为13.8%，残余奥氏体中的碳含量为1.16%，组织SEM照片见图5；力学性能为：屈服强度714MPa，极限抗拉强1144MPa，延伸率6.8%。工艺参数及性能参数见表1所示。

表1 实施例与对比例的工艺参数及性能参数

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

1.一种中锰轻质Q&P钢，其特征在于，所述中锰轻质Q&P钢的化学成分以质量百分比计为：C：0.3～0.5％，Si：1.0～2.5％，Mn：3.0～5.0％，Al：3.1～5.5％，Al+Si：＞5.5％，P+S+N≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种中锰轻质Q&P钢的制备方法，其特征在于，制备步骤为：

(1)将满足所述中锰轻质Q&P钢化学成分的铸坯加热至1180-1230℃，保温1-2个小时，然后进行锻造，开锻温度≥1150℃，终锻温度≥950℃，得到锻坯；

(2)将所述锻坯加热至1180-1230℃，保温1-2个小时；然后进行2道次热轧；热轧后将钢带放入1120-1150℃的加热炉中保温3-10min；然后再进行3道次热轧，热轧终轧温度≥950℃，热轧总压下量为92-95％，最后空冷至室温，得到热轧钢带；

(3)将所述热轧钢带加热至825～925℃，保温时间8～10min，取出快速水冷至室温，水冷却速率≥60℃/s，得到水冷钢带；

(4)将所述水冷钢带加热至280～470℃，保温时间4～6min，取出水冷至室温，水冷却速率≥25℃/s，得到所述中锰轻质Q&P钢。

3.如权利要求2所述的一种中锰轻质Q&P钢的制备方法，其特征在于，所述制备步骤(2)得到的热轧钢带的厚度为1.5-4mm。

4.如权利要求2所述的一种中锰轻质Q&P钢的制备方法，其特征在于，所述制备步骤(2)得到的热轧钢带的组织为：δ-铁素体、带状马氏体和细等轴铁素体；带状马氏体与δ-铁素体沿轧制方向交替分布，等轴铁素体分布在原奥氏体晶界处；其中，δ-铁素体的体积百分数为47～51％，带状马氏体的体积百分数为49～53％，细等轴铁素体的体积百分数为0.5～2％。

5.如权利要求2所述的一种中锰轻质Q&P钢的制备方法，其特征在于，所述制备步骤(3)得到的水冷钢带的组织为：α-铁素体、奥氏体、δ-铁素体和马氏体；α-铁素体呈板条状分布，奥氏体/马氏体组织表面光滑；其中，奥氏体的体积百分数为23-26％，奥氏体中的碳含量为0.82-0.95％。

6.如权利要求2所述的一种中锰轻质Q&P钢的制备方法，其特征在于，所述制备步骤(4)得到的所述中锰轻质Q&P钢的组织为：残余奥氏体、α-铁素体、δ-铁素体和回火马氏体；奥氏体/马氏体组织表面高低不平；其中，残余奥氏体的体积分数为24-27％，奥氏体中的碳含量为0.88-1.1％。

7.如权利要求2所述的一种中锰轻质Q&P钢及其制备方法，其特征在于，所述制备步骤(4)得到的所述中锰轻质Q&P钢的屈服强度611-670MPa，极限抗拉强度1073-1201MPa，15.5-22.7％。