CN115679207B - 一种汽车用钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种汽车用钢板及其制备方法，属于钢材制备技术领域，所述汽车用钢板的化学成分包括：C、Si、Mn、S、P、Al、V、N、Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质；通过控制该汽车用钢板的化学成分中的N和Al的质量分数满足关系式一：[N]‑0.52×[Al]≥0.003％；使得保证有足够的N可以与V反应，提高了汽车用钢板的强度；同时，N、Al、V和C的质量分数满足关系式二：[V]‑3.57×([N]‑0.52×[Al])‑4.17×[C]≥0；保证有足够的V与N和C反应，且没有剩余C、N，使得汽车用钢板的成型性能佳。基于上述两点，获得了兼具有优异的强度和成型性能的现有汽车用钢板。
Description
技术领域
本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种汽车用钢板及其制备方法。
背景技术
中国汽车用钢经过近几十年的发展，已经日趋完善，为了适应汽车各零件的使用特点，已经逐步形成了铝镇静钢、IF钢、高强IF钢、烘烤硬化钢、微合金高强钢、先进高强钢等不同性能和特点的钢种。其中高强IF钢、烘烤硬化钢的强度区间处于软钢和先进高强钢之间，此类钢种一般采用微碳或超低碳成分体系，通过在钢中加入微量的Nb、Ti、Mn、P等合金元素进行强化，达到预期强度。
目前，现有汽车用钢板领域兼具有优异的强度和成型性能的问题的专利技术较少。
发明内容
本申请提供了一种汽车用钢板及其制备方法，以解决现有汽车用钢板无法兼具有优异的强度和成型性能的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种汽车用钢板，所述汽车用钢板的化学成分包括：
C、Si、Mn、S、P、Al、V、N、Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质；
其中，所述汽车用钢板的化学成分中的N和Al的质量分数满足关系式一：
[N]-0.52×[Al]≥0.003％；
所述关系式一中，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数；
所述汽车用钢板的化学成分中的N、Al、V和C的质量分数满足关系式二：
[V]-3.57×([N]-0.52×[Al])-4.17×[C]≥0；
所述关系式二中，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[V]表示V的质量分数，[C]表示C的质量分数。
进一步地，以质量分数计，所述汽车用钢板的化学成分包括：
C：0.003～0.010％；Si：≤0.30％；Mn：0.5～1.5％；S：≤0.02％；P≤0.025％；Alt：≤0.015％； V：0.03～0.09％；N：0.005～0.015％；余量为Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质。
进一步地，所述汽车用钢板的显微组织包括纯铁素体基体和游离第二相组织。
进一步地，所述游离第二相组织包括：平均直径为6nm～12nm的VN粒子、CN粒子和复合析出粒子中的至少一种。
进一步地，所述汽车用钢板的钢种平均晶粒尺寸为8μm～12μm。
进一步地，所述汽车用钢板的性能参数包括：屈服强度Re：250MPa～350MPa；抗拉强度 Rm：400MPa～500MPa；伸长率A80≥30％；塑性应变比r值≥1.8；加工硬化指数n值≥0.20。
第二方面，本申请提供了一种第一方面所述的汽车用钢板的制备方法，所述制备方法包括：
得到含有与第一方面所述的汽车用钢板相同化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行加热，得到加热坯；
将所述加热坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧、退火和平整，得到汽车用钢板。
进一步地，所述加热的工艺参数包括：加热温度为1100～1200℃，且，在炉时间为120～260 min。
进一步地，所述热轧的工艺参数包括：开轧温度为1000-1080℃，终轧温度为890-950℃；所述卷取的工艺参数包括：卷取温度为300～450℃或560～660℃。
进一步地，所述退火的工艺参数包括：采用连续退火方式退火，退火均热温度700～840℃，缓冷温度600～720℃，快冷温度400-440℃，过时效温度340～420℃，终冷温度140～160℃。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供了一种汽车用钢板，汽车用钢板中的化学成分V、N形成的VN粒子，有析出强化作用，V与N反应完成后还会继续生产VC，也有析出强化作用。通过控制该汽车用钢板的化学成分中的N和Al的质量分数满足关系式一：[N]-0.52×[Al]≥0.003％；使得保证有足够的N可以与V反应，提高了汽车用钢板的强度；同时，N、Al、V和C的质量分数满足关系式二： [V]-3.57×([N]-0.52×[Al])-4.17×[C]≥0；保证有足够的V与N和C反应，且没有剩余C、N，使得汽车用钢板的成型性能佳。基于上述两点，获得了兼具有优异的强度和成型性能的现有汽车用钢板。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种汽车用钢板的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例1提供的一种汽车用钢板的透射电镜图；
图3为本申请实施例1提供的一种汽车用钢板的金相组织图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请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。
中国汽车用钢经过近几十年的发展，已经日趋完善，为了适应汽车各零件的使用特点，已经逐步形成了铝镇静钢、IF钢、高强IF钢、烘烤硬化钢、微合金高强钢、先进高强钢等不同性能和特点的钢种。其中高强IF钢、烘烤硬化钢的强度区间处于软钢和先进高强钢之间，此类钢种一般采用微碳或超低碳成分体系，通过在钢中加入微量的Nb、Ti、Mn、P等合金元素进行强化，达到预期性能。
目前，现有汽车用钢板存在无法兼具有优异的强度和成型性能的问题。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请提供了一种汽车用钢板，所述汽车用钢板的化学成分包括：
C、Si、Mn、S、P、Al、V、N、Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质；
其中，所述汽车用钢板的化学成分中的N和Al的质量分数满足关系式一：
[N]-0.52×[Al]≥0.003％；
所述关系式一中，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数；
所述汽车用钢板的化学成分中的N、Al、V和C的质量分数满足关系式二：
[V]-3.57×([N]-0.52×[Al])-4.17×[C]≥0；
所述关系式二中，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[V]表示V的质量分数，[C]表示C的质量分数。
本申请实施例提供了一种汽车用钢板，汽车用钢板中的化学成分V、N形成的VN粒子，有析出强化作用，V与N反应完成后还会继续生产VC，也有析出强化作用。通过控制该汽车用钢板的化学成分中的N和Al的质量分数满足关系式一：[N]-0.52×[Al]≥0.003％；使得保证有足够的N可以与V反应，提高了汽车用钢板的强度；同时，N、Al、V和C的质量分数满足关系式二： [V]-3.57×([N]-0.52×[Al])-4.17×[C]≥0；保证有足够的V与N和C反应，且没有剩余C、N，使得汽车用钢板的成型性能佳。基于上述两点，获得了兼具有优异的强度和成型性能的现有汽车用钢板。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述汽车用钢板的化学成分包括：
C：0.003～0.010％；Si：≤0.30％；Mn：0.5～1.5％；S：≤0.02％；P≤0.025％；Alt：≤0.015％； V：0.03～0.09％；N：0.005～0.015％；余量为Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质。
本申请中，所述汽车用钢板的各化学元素配比的设计原理：
本发明的碳(C)选择在C：0.003～0.010％，C元素是提高强度的基础，既可以通过固溶强化直接强化基体，也可以与钢中的微合金元素形成析出粒子提高强度。但是随着碳含量升高，r 值降低，成形性能受影响。
本发明的硅(Si)选择在Si：≤0.30％，Si是常规的强化元素之一。适当的Si含量可以提高钢的强度，但过量的Si会影响钢材的表面质量和塑性。
本发明的锰(Mn)选择在Mn：0.5～1.5％，Mn与S反应生成硫化锰，消除S的脆性。另外，Mn元素的加入可以细化晶粒，提高钢的强度和韧性。
本发明的硫(S)选择在S≤0.02％，一般来说，硫在钢中属于杂质元素，影响钢的塑性，因此控制尽可能低。
本发明的磷(P)选择在P≤0.025％，P是重要的固溶强化元素，对提高强度有一定的作用。同时P过量也容易在晶界偏聚，会增加钢板脆性，损害钢板的成形性。
本发明的铝(Alt)选择在Alt：≤0.015％，铝是强脱氧剂，能够抑制其它氧化物的生成，铝与氧反应生成氧化铝，氧化铝的塑性差，大量的氧化铝夹杂会损害钢板的加工性，在本钢中Al 易与N反应，生成AlN，消耗有效N含量，减少了VN的产生，从而影响钢的强度。
本发明的氮(N)选择在N：0.005～0.015％，在常规钢中N作为残余元素在钢中存在，会影响钢的塑性，含量越低越好。在本发明中，氮元素作为有用元素，通过添加适量的N元素与V 元素可以形成细小弥散的VN粒子，产生析出强化，从而提高强度，考虑到与V反应之前Al要消耗一定的N元素，为了保证析出强化作用，钢种的有效N*＝[N]-0.52×[Al]≥0.003％。
本发明的钒(V)选择在V：0.03～0.09％，V与钢中的N、C结合形成VN、VC析出粒子，在适当的工艺条件下，大部分V的析出粒子可控制在10nm以内，有显著的析出强化效果，从而提高钢的强度。C、N间隙原子对成形性能影响较大，会显著地降低材料的r值，因此为了充分保证钢种成形性能并提高强度，必须有足够的V元素，有效V*须满足下列关系：V*＝[V]-3.57× N*-4.17×[C]≥0。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述汽车用钢板的显微组织包括纯铁素体基体和游离第二相组织。
本申请中，该组织和纯铁素体基体和游离第二相组织，铁素体具备良好的变形能力，第二相析出可以显著提高强度。因此，整个汽车用钢板材料具备良好的成形能力和强度的兼容性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述游离第二相组织包括：平均直径为6nm～12nm的VN 粒子、CN粒子和复合析出粒子中的至少一种。
本申请中，游离第二相组织中保持大量细小弥散的第二相粒子，包括平均直径在6-12nm之间的VN及其复合析出粒子，实现了细小均匀的等轴晶组织和良好的成形性能。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述汽车用钢板的钢种平均晶粒尺寸为8μm～12μm。
本申请中，所述汽车用钢板的钢种平均晶粒尺寸为8μm～12μm，实现了细小均匀的等轴晶组织和良好的成形性能。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述汽车用钢板的性能参数包括：屈服强度Re：250 MPa～350MPa；抗拉强度Rm：400MPa～500MPa；伸长率A80≥30％；塑性应变比r值≥1.8；加工硬化指数n值≥0.20。
本申请中，所述汽车用钢板的性能参数包括：屈服强度Re：250MPa～350MPa；抗拉强度 Rm：400MPa～500MPa；伸长率A80≥30％；塑性应变比r值≥1.8；加工硬化指数n值≥0.20，兼具有优异的强度和成型性能。
第二方面，本申请提供了一种第一方面所述的汽车用钢板的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：
得到含有与第一方面所述的汽车用钢板相同化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行加热，得到加热坯；
将所述加热坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧、退火和平整，得到汽车用钢板。
本申请实施例提供的汽车用钢板的制备方法，无需额外的特种设备，操作简单，可实现批量化生产，具有实际的应用价值。
本申请中，在一些具体实施例中，得到含有与第一方面所述的汽车用钢板相同化学成分的连铸坯可按照现有技术公开的炼钢工艺进行，如：将含有与第一方面所述的汽车用钢板相同化学成分的铁水进行转炉冶炼、精炼和连铸，得到连铸坯。
本申请中，在一些具体实施例中，冷轧采用冷连轧的生产方式，总的压下率在45％～85％，冷轧后钢中产生足够的畸变能，产生加工硬化，为后续连续退火再结晶提供驱动能。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述加热的工艺参数包括：加热温度为1100～1200℃，且，在炉时间为120～260min。
本申请中，钢坯加热温度控制在1100～1200℃,在炉时间180～260min，以保证钢坯充分奥氏体化，铸坯里的粗大析出物充分溶解，以便在随后的轧制和冷却过程中重新析出，提高钢的强度。同时，加热制度也防止过烧和过热，抑制晶粒过于长大。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热轧的工艺参数包括：开轧温度为1000-1080℃，终轧温度为890-950℃；所述卷取的工艺参数包括：卷取温度为300～450℃或560～660℃。
本申请中，开轧制温度在1000～1080℃之间，终轧温度控制在890-950℃，卷取温度控制在 300～450℃或者560～660℃，此3个关键温度参数主要为保证稳定轧制和细化晶粒，其中卷取温度还为控制VN析出，同时细化晶粒，实现强度提升。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述退火的工艺参数包括：采用连续退火方式退火，退火均热温度700～840℃，缓冷温度600～720℃，快冷温度400-440℃，过时效温度340～420℃，终冷温度140～160℃。
本申请中，退火均热温度700～840℃，缓冷温度600～720℃，快冷温度400～440℃，过时效温度340～420℃，终冷温度140～160℃，整个退火工艺以保证完全再结晶和织构发展，从而实现了细小均匀的等轴晶组织和良好的成形性能，同时保持大量细小弥散的第二相粒子或得较高的强度，最终钢中所获得的VN及其复合析出粒子平均直径在6-12nm之间，所获钢种的平均晶粒尺寸为8～12μm。
需要说明的是，上述汽车用钢板的制备方法中若无特殊说明或具体限定的工艺步骤及相应的参数，可按照本领域公开的常规炼钢工艺进行，本申请文件不做重复赘述。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1-4和对比例1-2提供了一种汽车用钢板，各例所提供的汽车用钢板的化学成分如表1所示(各例所提供的汽车用钢板的化学成分的质量分数之和为100％，表1中未提及部分为为Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质，N*＝[N]-0.52×[Al]；V*＝[V]-3.57×([N]-0.52×[Al])-4.17×[C]，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[V]表示V的质量分数，[C]表示C的质量分数)。
表1各例中汽车用钢板的化学成分表，wt.％
上述各例中汽车用钢板的制备方法包括以下步骤：
得到含有与表1所述的汽车用钢板相同化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行加热，得到加热坯；
将所述加热坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧、退火和平整，得到汽车用钢板；
其中，各例中制备方法的具体工艺参数如表2和表3所示。
表2实施例和对比例的工艺参数表一
表3实施例和对比例的工艺参数表二
测试例
本例对实施例1-4和对比例1-2所得的汽车用钢板进行性能测试，具体过程为：沿着钢长度方向，截取鱼骨头拉伸样进行常规拉伸实验，测量抗拉强度及伸长率，伸长率测量标距80mm，测试结果如表4所示。
表4实施例和对比例的力学性能数据
本申请实施例1提供的汽车用钢板的透射电镜图如图2所示，金相组织图如图3所示，该组织和纯铁素体基体和游离第二相组织，铁素体具备良好的变形能力，第二相析出可以显著提高强度。因此整个汽车用钢板材料具备优异的成型能力和强度的兼容性。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/ 或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在 A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c, b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种汽车用钢板，其特征在于，所述汽车用钢板的化学成分包括：C：0.003～
0.010％；Si：≤0.30％；Mn：0.5～1.5％；S：≤0.02％；P≤0.025％；Alt：≤0.015％；V：0.03～0.09％；N：0.005～0.015％；余量为Fe及来自制备所述汽车用钢板的杂质；
其中，所述汽车用钢板的化学成分中的N和Al的质量分数满足关系式一：
[N]-0.52×[Al]≥0.003％；
所述关系式一中，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数；
所述汽车用钢板的化学成分中的N、Al、V和C的质量分数满足关系式二：
[V]-3.57×([N]-0.52×[Al])-4.17×[C]≥0；
所述关系式二中，[N]表示N的质量分数，[Al]表示Al的质量分数，[V]表示V的质量分数，[C]表示C的质量分数；
所述汽车用钢板的显微组织包括纯铁素体基体和游离第二相组织；
所述游离第二相组织包括：平均直径为6nm～12nm的VN粒子、CN粒子和复合析出粒子中的至少一种；
所述汽车用钢板的钢种平均晶粒尺寸为8μm～12μm；
所述汽车用钢板的性能参数包括：屈服强度Re：250MPa～350MPa；抗拉强度Rm：
400MPa～500MPa；伸长率A80≥30％；塑性应变比r值≥1.8；加工硬化指数n值≥0.20。
2.一种权利要求1所述的汽车用钢板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：得到含有与权利要求1所述的汽车用钢板相同化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行加热，得到加热坯；
将所述加热坯进行热轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧、退火和平整，得到汽车用钢板。
3.根据权利要求2所述的汽车用钢板的制备方法，其特征在于，所述加热的工艺参数包括：加热温度为1100～1200℃，且，在炉时间为120～260min。
4.根据权利要求2所述的汽车用钢板的制备方法，其特征在于，所述热轧的工艺参数包括：开轧温度为1000-1080℃，终轧温度为890-950℃；所述卷取的工艺参数包括：
卷取温度为300～450℃或560～660℃。
5.根据权利要求2所述的汽车用钢板的制备方法，其特征在于，所述退火的工艺参数包括：采用连续退火方式退火，退火均热温度700～840℃，缓冷温度600～720℃，快冷温度400-440℃，过时效温度340～420℃，终冷温度140～160℃。
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