CN115287533A - 一种汽车用热轧高强钢及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁材料生产领域,具体地涉及一种汽车用热轧高强钢及制备方法。本发明提供一种汽车用热轧高强钢,所述高强钢,按质量分数计,其化学成分组成为:C:0.03~0.08%,Mn:1.40~1.70%,Si:0.10~0.30%,Ti:0.08~0.12%,Mo:0.04~0.12%,Al:0.025~0.060%,P<0.020%,S<0.015%,余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明使用价格较低廉的Ti元素作为强化元素,添加微量的Mo元素,实现细晶强化、析出强化、相变强化,保证了钢的抗拉强度≥670MPa的同时拥有优异的塑韧性。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁材料生产领域,具体地涉及一种汽车用热轧高强钢及制备方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展,全球面临的能源与环境问题日渐严峻,“增强减重”也因此成为热门话题。采用高强度钢材制备的车身零部件不仅可以有效降低整车重量,减少油耗,同时还可以提高汽车舒适度与安全性。然而在提高金属材料强度的同时将不可避免地损害塑韧性,进而影响其成型性能,如何获得良好匹配的强韧性能是汽车用钢亟需解决的难题。金属材料的强化方式主要有细晶强化、固溶强化、相变强化、析出强化、位错强化,细晶强化是唯一一种既可以提高材料强度又不影响塑韧性能的强化方式。然而在目前的技术条件下,钢铁材料晶粒最小可以细化到3~5μm,进一步细化晶粒不仅技术难度大,组织也不稳定。除细晶强化外,析出强化的脆性矢量最小,对材料韧性的牺牲也最小,它是继续提高材料强度的最有效途径。
析出强化型高强钢一般通过添加Ti、Nb、V、Mo等一种或多种微合金元素的方式,在γ/α转变过程中形成大量的纳米尺度的析出粒子,从而提高微合金钢的强度,优化强韧性能。大量微合金元素Ti、Nb、V、Mo的添加,在浪费能源的同时也提高了生产成本。热轧制度对基体组织、析出粒子形貌、尺寸、数量均具有重大影响。通过工艺参数的控制,可以得到不同形态的析出物,达到不同程度的强化效果。因此,如何将微合金化和控轧控冷技术结合起来获得理想强韧性能匹配的高强钢将是汽车用钢的研发方向。
目前汽车用高强钢的强度级别一直在攀升,在提高金属材料强度的同时将不可避免地损害塑韧性,进而影响其成型性能,给汽车零件的二次加工带来了困难。
发明内容
为了解决现有汽车用热轧高强钢强韧性能匹配不良、力学性能不稳定的问题,本发明提供了一种汽车用热轧高强钢及其制备方法。通过在低碳钢(含碳量0.03%~0.08%)的基础上,添加Ti、Mo两种微合金元素,结合精准的控轧控冷技术,获得粒状贝氏体+铁素体组织。粒状贝氏体可在一定程度上提高钢的强度并保留一定的塑性,Ti为强碳氮化物形成元素,在炉冷相变过程中,于铁素体基体上形成大量纳米级(3nm~7nm)析出颗粒,析出强化的脆性矢量最小,对材料韧性的牺牲也最小。同时由于这些析出颗粒的存在,析出在晶界上的粒子将有效抑制铁素体晶粒的长大粗化。最终得到以铁素体+粒状贝氏体为基体,发挥析出强化、细晶强化最大作用,将在提高强度的同时保留良好的塑韧性。
本发明提供了一种汽车用热轧高强钢,所述高强钢由以下质量分数的化学成分组成:C:0.03~0.08%,Mn:1.40~1.70%,Si:0.10~0.30%,Ti:0.08~0.12%,Mo:0.04~0.12%,Al:0.025~0.060%,P<0.020%,S<0.015%,余量为Fe以及不可避免的杂质。
本发明提供了一种汽车用热轧高强钢的制备方法,通过真空感应炉或转炉、电炉冶炼钢水,经精炼后浇铸成板坯随后进行轧制。将钢坯加热至1200±20℃,保温2±0.5h,1100±30℃开轧,终轧温度870℃~930℃,共轧10~12道次,第5道次轧制温度980~1030℃,第5道次后总压下率53~55%,最终板厚2~12mm,轧制总压下率93.3%~98.2%。轧后以30~60℃/s的冷却速度水冷至560~680℃(此温度,对于钢带是卷取温度,对于钢板是终冷温度),保温炉中随炉缓冷24h或堆垛缓冷至300℃,之后进行空冷。最后获得以小尺寸铁素体+粒状贝氏体为基体的钢。其中,基体中铁素体晶粒平均尺寸为3.5~5μm,细晶强化量为265MPa。同时在铁素体上弥散分布高体积分数的3~6nm的析出颗粒,依据奥罗万公式,析出颗粒尺寸越小,体积分数越大,析出强化量最大,析出强化贡献为270MPa。
在低碳的基础上,钢中添加微量Ti、Mo元素,Ti、Mo在微合金钢中的作用主要有:1、发挥析出强化作用,Ti为强碳氮化物形成元素,与钢中C元素形成大量纳米级TiC析出颗粒进而在纳米尺度上强化微合金钢。这些析出颗粒存在于基体晶界、位错等处可有效抑制晶粒长大以及粗化。纳米级析出颗粒越多,在晶界等处的析出粒子越多,析出物对晶界钉扎作用越强,晶粒细化作用更加明显。2、Mo的存在可扩大贝氏体相区,可在一定程度上在贝氏体转变高温区间得到更多的粒状贝氏体。根据粒状贝氏体的特性,其可在一定程度上提高强度的同时保留良好的塑韧性。
本发明在添加较少的合金元素,以铁素体+粒状贝氏体为基体的基础上,发挥细晶强化、析出强化最大效应,最终可获得抗拉强度为670~800MPa、延伸率为18~23%、具有良好扩孔性能的汽车用高强钢,满足汽车轻量化以及适用于汽车大梁钢工艺性能要求。
热轧高强钢采用大压下率,使得钢的组织致密,晶粒在轧制过程中细化,随后大压下量过程中,钢中位错、缺陷数量以及密度等随之增加,继而在后续的析出以及相变过程中,为析出粒子以及组织提供了更多的形核位置。
热轧后至卷取时的冷速无论是对于基体组织大小,还是析出颗粒的形貌特征等均具有深远的影响。首先,对于基体铁素体晶粒而言,α/γ转变为扩散型相变,铁素体长大受到C扩散控制。经过水冷后奥氏体过冷度增大,碳扩散受到一定程度上的阻碍,越不容易进行铁素体的转变过程。与此同时,水冷过程使得γ/α转变温度降低,使得奥氏体在较低的温度下发生相变,从而细化晶粒组织,也可在后续的缓冷过程中形成粒状贝氏体。其次对于析出的碳(氮)化物而言,经过水冷后,钢中保留一定量的位错等缺陷,这些缺陷的存在在一定程度上又为析出颗粒提供了充足的形核位置。并且此时析出颗粒将在后续的缓冷过程中形成尺寸细小的碳化物。同时对于基体晶粒也有明显的细化,继而改善了微合金钢的性能。若冷却方式为空冷,至卷取温度时耗时较长,此过程中由于温度较高,析出的纳米级颗粒尺寸相对卷取及随炉冷后的尺寸要粗大。但是冷却速率达到一定程度时,晶粒细化以及析出强化的效果会趋于饱和。
在轧后冷却至卷取的过程中,选择较高的冷却速度,元素来不及扩散,在此阶段析出粒子受到极大过冷度而来不及大量析出,而在卷取过程以及后续的缓冷过程中大量析出。即此类析出发生在相变过程中且随着相界面移动而形成。所以,相界面移动速度对析出起关键性作用。相界面移动速率需要与微合金元素与碳元素扩散速率在一定区域内保持协调,从而使析出的碳化物具有足够的时间达到临界尺寸并在相界面上形核。当卷取温度较低时,元素扩散受到很大抑制,冷却过程中相界面移速过高,不利于合金元素在界面处的聚集。从而使相当一部分析出粒子来不及在界面上析出,析出数量较少,体积分数以及数量密度较低,尺寸分布不均。温度升高至625℃~640℃时,析出物数量达到最多,同时体积分数、数量密度最大。尺寸、数量分布也较为均匀。此时元素扩散速度增加,相界面移动速度减慢。温度的升高使得相界面迁移速度与析出物析出速度形成良好的匹配作用,最终增加了析出物析出的数量。而当卷取温度继续升高时,温度的进一步增加使得一些小尺寸析出物溶解以及一部分粒子的粗化,造成析出粒子密度的下降,尺寸分布较为不均衡,对钢强度均匀性有一定程度的影响。
本发明采用低碳微合金化的方法将基体组织与细晶强化、析出强化最大程度结合,提高强度的同时保持良好的塑韧性,使得最终钢的抗拉强度超过670MPa、延伸率≥18%,扩孔率≥100%。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
本发明使用价格较低廉的Ti元素作为强化元素,添加微量的Mo元素,实现细晶强化、析出强化、相变强化最大程度结合,保证了钢的抗拉强度≥670MPa的同时拥有优异的塑韧性。
附图说明
图1为本发明实施例2扫描电镜照片;
图2为本发明实施例2金相照片;
图3为本发明实施例2析出粒子分布。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步说明。
实施例1~5:通过真空感应炉或转炉、电炉冶炼钢水,经精炼后浇铸成板坯,然后进行加热、轧制,将板坯加热至1200℃保温2h,1100℃开轧,共轧8-12道次,轧后进行水冷(卷取)。实施例1~5、对比例化学成分、热轧过程参数、轧后力学性能如表1-3所示。实施例2组织及析出粒子分布如图1-3所示。
表1实施例与对比例板坯化学成分(熔炼成分)/质量百分数
表2实施例与对比例热轧过程参数
表3实施例与对比例热轧后力学性能
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种汽车用热轧高强钢,其特征在于,所述高强钢,按质量分数计,其化学成分组成为:C:0.03~0.08%,Mn:1.40~1.70%,Si:0.10~0.30%,Ti:0.08~0.12%,Mo:0.04~0.12%,Al:0.025~0.060%,P<0.020%,S<0.015%,余量为Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述汽车用热轧高强钢,其特征在于,所述高强钢抗拉强度为670~800MPa、延伸率为18~23%。
3.一种汽车用热轧高强钢的制备方法,包括以下步骤:
1)冶炼钢水,经精炼后浇铸成板坯进行轧制;
2)将钢坯加热,开轧,终轧,轧后水冷,缓冷,之后进行空冷,最后获得汽车用热轧高强钢。
4.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,所述步骤1)中通过真空感应炉或转炉、电炉冶炼钢水。
5.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,所述步骤2)将钢坯加热至1200±20℃,保温2±0.5h,1100±30℃开轧,终轧温度870℃~930℃,共轧10~12道次,最终板厚2~12mm,轧制总压下率93.3%~98.2%。
6.根据权利要求5所述制备方法,其特征在于,所述轧制的第5道次轧制温度980~1030℃,第5道次后总压下率53~55%。
7.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,所述步骤2)轧后以30~60℃/s的冷却速度水冷至560~680℃,保温炉中随炉缓冷24h或堆垛缓冷至300℃。
8.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,所述高强钢为小尺寸铁素体+粒状贝氏体为基体的钢,其中,基体中铁素体晶粒平均尺寸为3.5~5μm,细晶强化量为265MPa,同时在铁素体上弥散分布高体积分数的3~6nm的析出颗粒。
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