CN115233112A

CN115233112A - 一种奥氏体基双相轻质高强钢及其制备方法

Info

Publication number: CN115233112A
Application number: CN202210693339.9A
Authority: CN
Inventors: 余灿生; 郑之旺; 刘庆春; 李伟; 冯远超
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2022-10-25

Abstract

本发明涉及一种奥氏体基双相轻质高强钢及其制备方法，高强钢包括以下质量百分比的化学成分：C：0.30％～0.48％，Si：0.35～0.55％，Mn：13.5％～15.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：6.5％～8.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。制备方法包括冶炼工序、热轧工序等步骤。本发明通过添加轻质元素Al从而降低钢铁的密度，通过Mn添加扩大奥氏体相区及稳定性，热轧后采用空气中缓慢冷却获得微观组织为δ铁素体+奥氏体，屈服强度为465～510MPa，抗拉强度为720～780MPa，伸长率A80为30.0～35.5％，具有良好的力学性能，能够为开发高强度低密度的汽车用钢提供技术支撑。

Description

一种奥氏体基双相轻质高强钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及逆相变型高强板带后冷轧工序生产技术领域，尤其涉及一种奥氏体基双相轻质高强钢及其制备方法。

背景技术

在汽车以及一些其他行业的生产过程中，经常需要使用到一些对轻量化具备一定要求的结构钢件，但这种轻量化钢件自身的强度并不能保证结构的刚度，因此，需要降低高强度钢材的密度来满足这些轻量化结构件的要求。现有技术一般通过对钢中成分的种类和添加量进行改变来获得所需的低密度钢材，从而满足不断发展的工业及制造业的需求。其中，在高锰钢中加入铝成分，因为铝的密度低、延展性好、表面易形成氧化膜，可以使用轻质Fe-Mn-Al-C钢具有低密度、良好的延展性和抗腐蚀性能等。且通过调整锰铝金属的添加量，可以得到材料良好的力学性能，从而可以在减少密度的同时，保留较好组织性能和机械性能。但是，一方面对于材料内部各种成分的调整并没有一个固定的范围，很难确定高性能值的组分范围，另一方面钢的性能不仅取决于材料的成分，还取决于钢的制备工艺，因此，怎样取得一个合适的材料组分范围的同时，对该组分范围内的材料采取合理的制备工艺是需要研究的一个重要问题。

公开号CN111593263A公布了一种高强度低密度钢的制备方法及高强度低密度钢及其制造方法，其按重量百分比计的化学成分为：Mn：18％～20％、Al：5％～7％、C：0.03％～0.04％、Ni：7％～8％、Si：1.0％～1.2％、Mo：1.0～1.5％、Ti：1.0％～1.2％，余量为Fe，没有其他杂质元素。其制备方案如下：混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉末；所述混合粉末的微观结构为近球形，纯度均在99.5％以上，其中铁粉的粒度在75-100μm，锰粉的粒度在60-80μm，铝粉的粒度在75-100μm，镍粉的粒度在60-80μm，硅粉的粒度在20-40μm，钛粉的粒度在20-30μm，钼粉的粒度在60-80μm，碳粉的粒度在20-30μm；研磨：将步骤(2)中得到的混合粉末进行研磨，研磨时长为10-15小时，同时填充保护气氛；填粉：通过一套石墨模具来固定粉末成形，该模具的成分为石墨，无其他杂质，其包括上压头、下压头和具有测温孔的中空阴模，上压头和下压头的结构相同，均为柱状结构，石墨阴模为套筒状中空结构，石墨阴模的侧壁上开设有测温孔；将下压头先塞入阴模内孔中，放入石墨片，然后将步骤(3)中得到的混合粉末填充到阴模内部中的下压头上，同样放入石墨片，再将上压头从阴模上方塞入内孔中，通过上压头和下压头将混合金属粉末压紧；压烧：将步骤(4)中得到的待烧结模具置入放电等离子烧结系统的炉膛中，抽取炉内空气至真空状态；接着，调整压力系统，使压头对模具保持恒定压力；随后通入电流对金属粉末进行烧结，得到高强度低密度钢。仅介绍了原料冶炼过程(混料、研磨、填粉和压烧)，工艺模糊不具参考性。添加了大量的额Ni元素(7％～8％)与我国贫镍的现状不相符，Mo、Mn等合金的大量添加会大幅增加成本。

公开号CN111235484公布了一种高强高硬低密度钢及其制备方法，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.70～1.8％，Al：8.0～12.0％，Si：0.3～0.9％，Mn：25～34％，Cr：0.3～1.2％，V：0.1～0.7％，Ti：0.1～0.8％，Mo：0.7～1.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。将铸锭进行水韧处理：水韧处理的温度为1050～1100℃，时间为20～30min；热轧处理的温度为1000～1120℃，时间为120～180min所述热轧处理为多道次轧制变形，所述热轧处理的总变形量为60～65％时效处理的温度为350～450℃，时间为6～12h。渗氮处理的温度为570～580℃，时间为47～50h，升温至所述渗氮处理温度的升温速率为10～20℃/min；所述退氮处理的温度为620～630℃，时间为2～4h，升温至所述退氮处理温度的升温速率为5～10℃/min。其屈服强度为870.21～1077.36MPa，抗拉强度为950.35～1127.7MPa，硬度为62～68HRC；密度为6.63～7.19g/cm3，但碳含量较高(0.70～1.80％)不利于焊接性能，同时添加了大量的Mn(25％～34％)、及贵重金属元素Mo(0.7～13.％)、V(0.1～0.7％)等，合金成本极高。工序复杂(时效处理、渗氮处理)操作性差，且增加了工艺成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种奥氏体基双相轻质高强钢及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种奥氏体基双相轻质高强钢，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.30％～0.48％，Si：0.35～0.55％，Mn：13.5％～15.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：6.5％～8.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步的，所述奥氏体基双相轻质高强钢包括以下质量百分比的化学成分：C：0.38～0.48％，Si：0.40～0.50％，Mn：13.8～14.5％，Al：6.8～7.2％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步的，所述高强钢的屈服强度为465～510MPa，抗拉强度为720～780MPa，伸长率A80为30.0～35.5％。

进一步的，所述高强钢的组织由条带状的δ铁素体+奥氏体构成，其中δ铁素体的含量为30％-40％，奥氏体的含量为60％-70％。

一种奥氏体基双相轻质高强钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、冶炼工序：根据奥氏体基双相轻质高强钢的化学成分进行冶炼，然后通过铸造制成板坯；

S2、热轧工序：将板坯缓慢加热至1230±20℃，保温5小时后出炉，利用除磷设备去除板坯表面氧化铁皮，然后通过热轧机组进行轧制，将板坯轧制到设定的厚度规格，随后空冷至室温。

进一步的，所述步骤S2的热轧工序中，终轧温度为870-930℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过适当添加轻质元素C、Al等降低钢铁的密度在保证产品强塑性的基础上减轻重量，从而促进汽车用钢轻量化；同时利用Al抑制渗碳体的析出使碳元素向剩余奥氏体中富集，提高淬透性；添加一定量的Mn(约14％)元素，扩大奥氏体区范围以中和由Al元素添加导致的奥氏体相区缩小的不利影响，同时提高奥氏的稳定性使其保留到室温，经热轧后在空气中缓慢冷却下即可获得δ-铁素体+奥氏体组织，具有良好的强塑性，为开发高强度低密度的汽车用钢提供有力的技术支撑。

附图说明

图1为本发明提出的一种奥氏体基双相轻质高强钢的微观结构示意图；

图2为本发明提出的一种奥氏体基双相轻质高强钢的扫描示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明所提出的一种奥氏体基双相轻质高强钢，其化学成分按质量百分比计包括：C：0.30％～0.48％，Si：0.35～0.55％，Mn：13.5％～15.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：6.5％～8.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。

作为一种优选，上述奥氏体基双相轻质高强钢，其化学成分按质量百分比计包括：C：0.38～0.48％，Si：0.40～0.50％，Mn：13.8～14.5％，Al：6.8～7.2％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。

其中，所述奥氏体基双相轻质高强钢的屈服强度为465～510MPa，抗拉强度为720～780MPa，伸长率A80为30.0～35.5％；奥氏体基双相轻质高强钢的组织由条带状的δ铁素体(30％-40％)+奥氏体(60％-70％)构成。

本发明所提出的一种奥氏体基双相轻质高强钢中各化学成分的作用如下：

碳：C是钢中重要的奥氏体元素，能够稳定奥氏体组织，也能够促进降低密度；同时，C能够和钢中Mn、Al元素共同作用生成κ-碳化物((Fe,Mn)3AlC)，二者共同作用产生析出强化，提高钢的强度；C含量过低会造成钢中奥氏体组织不稳定，但C含量过高会促进奥氏体晶界粗大κ-碳化物的形成，破坏低密度钢的延伸率，因此，本发明的C含量设置为0.30％～0.48％，优选为C：0.38～0.48％。

硅：Si能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，其作用仅次于C、P，较Mn、Cr、Ti和Ni等元素强；Si还可以抑制铁素体中碳化物的析出，使固溶C原子充分向奥氏体中富集，从而提高其稳定性过低的Si含量难以在室温获得残余奥氏体；然而，Si含量过高时，Si在加热炉中形成的表面氧化铁皮很难去除，增加了除磷难度；同时在退火过程中易向表面富集形成SiO2，从而导致漏镀等表面缺陷，因此，本发明Si含量设置为0.35～0.55％，优选为0.40～0.50％。

锰：Mn是奥氏体化元素，添加Mn元素可扩大奥氏体相区并提高奥氏体含量，提高钢的层错能，抑制马氏体相变，使其在形变过程中产生密集的孪晶，并有效提高钢的伸长率，但锰含量大幅增加后会使得成本上升，同时偏析严重，因此，在本发明中Mn含量设置为13.5％～15.5％，优选为13.8～14.5％。

铝：Al的密度为2.7g/cm3，远低于7.85g/cm3的Fe密度，可以明显降低材料密度；一定的Al含量还可以显著提高钢的热变形抗力，提高钢的耐蚀性，延迟动态开裂，并且Al还可以显著提高钢的层错能，改变变形机理，含Al的中锰钢在发生猛烈碰撞时可以有一定的缓冲作用；但考虑到Al是强铁素体化元素，过高的Al含量易促进铁素体相的形成，降低奥氏体相含量，因此，本发明中Al含量设置为6.5％～8.0％，优选为6.8～7.2％。

磷、硫：磷、硫会导致钢铁产品的脆性增加，故需要严格控制磷、硫含量，因此，要求P≤0.020％，S≤0.010％。

一种奥氏体基双相轻质高强钢的制备方法，包括以下步骤：

S2、热轧工序：将板坯缓慢加热至1230±20℃，保温5小时后出炉，利用除磷设备去除板坯表面氧化铁皮，然后通过热轧机组进行轧制，将板坯轧制到设定的厚度规格，随后空冷至室温；其中，终轧温度为870-930℃。

下面通过具体实例对本发明进一步说明：

本实例提供了两组热轧奥氏体基双相轻质高强钢，其化成成分如表1所示；

表1奥氏体基双相轻质高强钢化学成分(wt.％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Als
							1	0.40	0.45	14.2	0.013	0.005	7.0
2	0.42	0.43	14.0	0.009	0.003	6.9

上述热轧奥氏体基双相轻质高强钢的制备方法，具体工艺如下：

A、冶炼工序：经过冶炼工艺，制备如表1所示化学成分的轻质钢钢板坯；

B、热轧工序：将板坯经过加热、热轧和热卷取，具体热轧工艺参数如表2所示。

表2热轧主要工艺参数

编号	加热温度/℃	保温时间/h	终轧温度/℃	热轧产品厚度/mm
					1	1235	5.0	912	3.3
2	1230	5.0	888	3.5

经上述工艺制备的奥氏体基双相轻质高强钢的微观组织如图1和图2所示，按照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》测试上述冷轧双相钢性能，其力学性能如下表3所示：

表3力学性能

本发明未尽事宜为公知技术。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种奥氏体基双相轻质高强钢，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.30％～0.48％，Si：0.35～0.55％，Mn：13.5％～15.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：6.5％～8.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种根据权利要求1所述的一种奥氏体基双相轻质高强钢，其特征在于：包括以下质量百分比的化学成分：C：0.38～0.48％，Si：0.40～0.50％，Mn：13.8～14.5％，Al：6.8～7.2％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的一种奥氏体基双相轻质高强钢，其特征在于：所述高强钢的屈服强度为465～510MPa，抗拉强度为720～780MPa，伸长率A80为30.0～35.5％。

4.根据权利要求3所述的一种奥氏体基双相轻质高强钢，其特征在于：所述高强钢的组织由条带状的δ铁素体+奥氏体构成，其中δ铁素体的含量为30％-40％，奥氏体的含量为60％-70％。

5.一种如权利要求4所述的奥氏体基双相轻质高强钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种奥氏体基双相轻质高强钢的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，终轧温度为870-930℃。