汽車用中錳高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車用中錳高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼的化學(xué)成分重量百分比為：C：0.13～0.19％，Si：0.15～0.25％，Mn：5.5～6.5％，P：0～0.09％，Nb：0.02～0.05％，Mo：0.16～0.25％，Al：1.2～1.8％，S：0～0.01％，N：0～0.003％，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)；方法包括冶煉、澆鑄、固溶處理、熱軋、冷軋及退火步驟，固溶處理的溫度為1180～1220℃，保溫時間為0.8～1.2h；熱軋的開軋溫度為1050～1100℃，終軋溫度為850～890℃；冷軋壓下率為率60～80％；退火溫度為630～670℃，保溫時間為1～2h。本發(fā)明鋼具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性，其強(qiáng)塑積既確保了其可用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的汽車部件，又不至于高的過剩，利用較低的生產(chǎn)成本獲得了汽車用鋼材，在輕量化車身設(shè)計中具有極好的應(yīng)用前景。
【專利說明】汽車用中錳高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金技術(shù)，具體地指一種汽車用中錳高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車工業(yè)發(fā)展，市場對小排量和低能耗汽車的需求日益提高。而汽車每減輕 10%的重量，燃料消耗可降低3?7%。從成本，能源，安全及環(huán)境等方面來考慮，汽車輕量 化是現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。鋼鐵材料在整車總重中占到了 55?70%，因此，對鋼 鐵材料進(jìn)行性能優(yōu)化和升級是推動汽車輕量化進(jìn)程的重要手段。TRIP鋼（相變誘導(dǎo)塑性 鋼）和TWIP鋼作為高強(qiáng)度汽車用鋼應(yīng)運而生，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在汽車上。
[0003] 傳統(tǒng)TRIP鋼是第一代先進(jìn)高強(qiáng)度用鋼中的一種，因其形變過程中能產(chǎn)生奧氏 體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，其具有高塑性，高應(yīng)變硬化性及高能量吸收能力，但其強(qiáng)塑積一般在 15?25GPa%，不適合用于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的零部件，而且傳統(tǒng)TRIP鋼還因合金元素添加 過多，存在成本高及生產(chǎn)工藝控制難等問題。TWIP鋼屬于第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，通過產(chǎn)生孿 晶而得到高的塑性和強(qiáng)度，但其同樣存在因合金元素添加過多而導(dǎo)致成本較高的問題，而 且TWIP鋼的強(qiáng)塑積高達(dá)40GPa%以上，這對于汽車安全件或結(jié)構(gòu)件用鋼來說，該強(qiáng)塑積是 過剩的，不利于節(jié)約生產(chǎn)成本。
[0004] 其中，CN201310560593. 2中公開了一種高強(qiáng)度高塑性中錳冷軋鋼板及其制備方 法，該高強(qiáng)度高塑性中錳冷軋鋼板主要成分質(zhì)量百分含量為：C :0. 15?0. 25%，Mn :7? 8%，Si :1. 2?1. 8%，Al :<0. 05%，按照成分進(jìn)行冶煉，并鑄造成坯，鑄坯經(jīng)多道次熱軋得 到熱軋板，對熱軋板進(jìn)行兩次中間熱處理和兩個階段的冷軋，中間熱處理溫度為Arl以上 80?120°C，保溫時間8h及以上，兩階段冷軋，其變形量均為30?50%，冷軋鋼板的最終熱 處理為Arl+70°C及以上退火IOmin?2h ;CN201310681656. X公開了一種抗拉強(qiáng)度IOOOMPa 以上，總延伸率60%以上，強(qiáng)塑積約60GPa%以上的冷軋中錳TRIP鋼及其制備方法，該冷軋 中錳TRIP鋼的化學(xué)成分重量百分比分別為含CO. 15?0. 20%，Mn8. 0?11. 0%，A13. 0? 4. 0 %，NbO?0. 040 %，余量為Fe及雜質(zhì)，該冷軋TRIP鋼的制備方法包括冶煉、鍛造、熱軋、 軋后熱處理、酸洗、冷軋及軋后熱處理。上述兩篇文獻(xiàn)中的鋼種，加入的合金元素含量較高， 生產(chǎn)綜合成本高，未能在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
[0005] 另外，CN201110343384. 3公開了一種750MPa?880MPa級車輛用高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn) 方法，其化學(xué)成分重量百分比為：C :0· 07?0· 09%，Si :0· 15?0· 25%，Mn :1· 4?L 9%， Nb :0· 04 ?0· 06%，M〇 :0 ?0· 15%，V :0 ?0· 04%，Ti :0· 07 ?0· 14%，A1 :0· 01 ?0· 06%， P :彡0.02%，S :彡0.01%，K 0.008%，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)；生產(chǎn)方法為：冶煉、 鑄造成鑄坯，加熱至1180?1250°C，終軋溫度為820?850°C，終冷溫度為560?600°C，鋼 卷下線后進(jìn)行緩冷處理，材料強(qiáng)度可達(dá)750MPa?880MPa，同時具有良好的低溫沖擊韌性和 冷成型性能。該鋼種強(qiáng)度級別較高，但塑性不能保證，強(qiáng)塑積級別不能滿足汽車部件生產(chǎn)要 求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是要提供一種汽車用中錳高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼具有高強(qiáng)度 和優(yōu)良塑性，在滿足汽車用鋼需求的同時大幅降低了生產(chǎn)成本。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種汽車用中錳高強(qiáng)鋼，該鋼的化 學(xué)成分重量百分比如下：C :0· 13?0· 19%，Si :0· 15?0· 25%，Mn :5· 5?6. 5%，P :0? 0· 09%，Nb :0· 02 ?0· 05%，Mo :0· 16 ?0· 25%，Al :1· 2 ?L 8%，S :0 ?0· 01%，N :0 ? 0. 003 %，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 進(jìn)一步地，該鋼的化學(xué)成分重量百分比如下：C :0. 167?0. 19%，Si :0. 166? (λ 25%，Mn :5· 5 ?5· 9%，P :0· 04 ?0· 08%，Nb :0· 021 ?（λ 035%，M〇 :0· 20 ?（λ 25%，A1 : L 5?I. 79%，S :0· 004?0· 009%，N :0· 0015?0· 0029%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 一種上述汽車用中錳高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，包括冶煉、澆鑄、固溶處理、熱軋、冷軋及 退火的步驟，所述固溶處理的溫度為1180?1220°C，保溫時間為0. 8?I. 2h ;所述熱軋，開 軋溫度為1050?IKKTC，終軋溫度為850?890°C ;所述冷軋，壓下率為率60?80% ;所 述退火，退火溫度為630?670°C，保溫時間為1?2h。
[0010] 進(jìn)一步地，所述固溶處理溫度為1200?1220°C，保溫時間為1?I. 2h。
[0011] 進(jìn)一步地，所述熱軋的開軋溫度為1080?IKKTC，終軋溫度為870?890°C。
[0012] 進(jìn)一步地，所述冷軋，壓下率為率75?80 %。
[0013] 更進(jìn)一步地，所述退火，退火溫度為650?670°C，保溫時間為1?I. 5h。
[0014] 以下就本發(fā)明的化學(xué)成分及生產(chǎn)方法進(jìn)行分析說明：
[0015] ⑴化學(xué)成分
[0016] C :碳元素通過固溶強(qiáng)化可以提高TRIP鋼的強(qiáng)度和硬度，但其過高會阻礙形變過 程中馬氏體的相變，因此，本發(fā)明將碳的含量控制在0. 13?0. 19%。
[0017] Mn :TRIP鋼主要是通過相變來得到高強(qiáng)度和高塑性，而TWIP鋼通過孿晶的產(chǎn)生來 得到高塑性，高含量的錳會使鋼出現(xiàn)TWIP效應(yīng)，合適的錳含量才能得到TRIP效應(yīng)，同時，Mn 元素的添加可以提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性，因此，Mn含量的設(shè)計比較關(guān)鍵，本發(fā)明采用中錳 體系，將Mn的含量控制在5. 5?6. 5 %。
[0018] Si :Si是常用的脫氧劑，有固熔強(qiáng)化作用，能提高淬透性和抗回火性，有利于提 高鋼的彈性極限和改善其綜合性能，增加鋼在自然條件下的耐蝕性，但Si含量較高時，降 低了鋼的韌性、塑性及延展性，易導(dǎo)致冷脆不利于焊接。因此，本發(fā)明將Si的含量控制在 0. 15 ?0. 25%。
[0019] Nb :Nb可以顯著提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)范圍，實現(xiàn)嚴(yán)格的 未再結(jié)晶區(qū)軋制，促進(jìn)鐵素體晶粒的細(xì)化，以起到改善強(qiáng)度和韌性的作用，Nb與C結(jié)合生成 的碳化物會在軋制過程中阻礙奧氏體晶粒的長大，具有顯著的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用， 但是鈮鐵屬于貴重合金，含量增高時將增加鋼材成本。因此，本發(fā)明將Nb的含量目標(biāo)值控 制在 0· 02 ?0· 05%。
[0020] Mo :Mo元素能使鋼的晶粒細(xì)化，提高鋼的淬透性，當(dāng)Mo含量超過0.25 %時，鋼 的脆性大幅增加，導(dǎo)致折彎開裂幾率的大大增加，結(jié)合成型要求，本發(fā)明將Mo含量控制在 0. 16 ?0. 25%。
[0021] Al :鋁元素是鐵素體形成元素，它的添加改變鐵碳平衡相圖的平衡特征，使鐵素體 向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度提高，單向奧氏體區(qū)縮小，擴(kuò)大兩相區(qū)，加強(qiáng)奧氏體的穩(wěn)定作用，但鋁 元素含量過高，成本也隨之增加，因此，本發(fā)明控制Al含量為1.2?1.8%。
[0022] P :P對鋼的韌性及塑性不利，因此，本發(fā)明控制P含量彡0. 09%。
[0023] S :鋼中S含量過高產(chǎn)生的MnS夾雜會使鋼的縱橫向性能產(chǎn)生明顯差異，惡化低溫 韌性，且會明顯降低鋼的耐候性能，因此，本發(fā)明控制S含量< 0.01%。
[0024] (1)生產(chǎn)方法
[0025] 由于汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼主要用于安全件或結(jié)構(gòu)件，其復(fù)雜程度不會太高，在鋼種 的化學(xué)成分設(shè)計上，采用低合金成本設(shè)計，在保證產(chǎn)品較高強(qiáng)度和良好的成形性能的同時， 使其強(qiáng)塑積不至于過剩；而且在工藝設(shè)計上，采用合適的軋制和熱處理工藝，在提高其強(qiáng)塑 積的同時使其兼具TRIP鋼特性，并具備良好的表面質(zhì)量；本發(fā)明鋼冶煉采用潔凈鋼生產(chǎn)技 術(shù)，在熱軋前進(jìn)行固溶處理，采用大壓下量冷軋，并控制退火過程，使鋼生成超細(xì)晶納米級 鐵素體和奧氏體組織，從而在后續(xù)形變時產(chǎn)生相變而獲得較高的強(qiáng)度和極高的塑性，最終 保證了低成本和高而不過剩的強(qiáng)塑積效果，滿足汽車安全件和結(jié)構(gòu)件對鋼材的性能要求。
[0026] 其中，熱軋前的固溶處理過程可以使鋼內(nèi)組織充分奧氏體化；而冷軋工藝中影響 最終性能的是冷軋壓下率；退火工藝對中錳TRIP鋼的性能有重要影響，在退火過程中，中 錳TRIP鋼需要完成再結(jié)晶，并讓奧氏體晶粒生長，為后續(xù)相變提供有利條件，從而退火過 程的溫度和保溫時間也直接決定了鋼最終的強(qiáng)度和延伸率。因此，本鋼種通過優(yōu)化設(shè)計 鋼種化學(xué)成分，并在生產(chǎn)過程中控制固溶處理溫度為1180?1220°C，保溫時間為0. 8? I. 2h，之后進(jìn)行熱軋，控制粗軋溫度為1050?IKKTC，終軋溫度為850?890°C，乳制完成 后在油介質(zhì)中快速冷卻，冷軋采用60?80%的大壓下率，并控制退火溫度為630?670°C， 保溫時間為1?2h。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0028] 其一，本發(fā)明通過合理設(shè)計鋼種成分，采用中錳體系，并優(yōu)化生產(chǎn)工藝，冷軋采用 大壓下率，得到成品組織為超細(xì)晶納米級鐵素體和奧氏體的多相組織，從而制得強(qiáng)塑積介 于傳統(tǒng)TRIP鋼和TWIP鋼之間的新型TRIP鋼，其不但具有傳統(tǒng)TRIP鋼的高塑性，高應(yīng)變硬 化性及高能量吸收能力，而且具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的表面質(zhì)量；其強(qiáng)塑積為30?41GPa%，屈 服強(qiáng)度可高達(dá)95010^，抗拉強(qiáng)度可高達(dá)120010^，伸長率為30%左右。
[0029] 其二，本發(fā)明控制合金元素的種類與添加量，大幅降低了生產(chǎn)成本；同時，本發(fā)明 鋼的強(qiáng)塑積既確保了其可用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的汽車部件，又不至于高的過剩，從而利用較 低的生產(chǎn)成本獲得了滿足現(xiàn)代汽車安全件和結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)鋼材，在輕量化車身設(shè)計中具有 極好的應(yīng)用前景。
[0030] 其三，本發(fā)明鋼因其高能量吸收能力，在碰撞過程中可以吸收大量碰撞能量，從而 提升了汽車的安全性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為實施例1中鋼板的金相組織結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于更清楚地了解本發(fā)明， 但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0033] 實施例1
[0034] 鋼的化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)如下：C :0. 167%，Si :0. 166%，Mn :5. 9%，P : 0· 05%，Nb :0· 035%，Mo :0· 20%，Al :1· 5%，S :0· 006%，N :0· 0017%，其余為 Fe 及不可避 免的雜質(zhì)。
[0035] 1)冶煉：進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，控制冶煉后出鋼的化學(xué)成分；
[0036] 2)連鑄：將出鋼澆鑄成鑄坯；
[0037] 3)固溶處理：控制固溶處理溫度為1200°C，保溫時間為Ih ;
[0038] 4)熱軋：在固溶處理后進(jìn)行熱軋，控制開軋溫度為1100°C，終軋溫度為870°C，熱 軋完成后在油介質(zhì)中快速冷卻；
[0039] 5)冷軋：采用75%的壓下率進(jìn)行冷軋；
[0040] 6)退火：連續(xù)退火均熱段溫度為650°C，保溫時間為I. 5h。
[0041] 制得的鋼的金相組織見圖1，為超細(xì)晶納米級鐵素體和奧氏體的多相組織，晶粒細(xì) 密均勻；鋼板的性能參數(shù)見下表1。
[0042] 實施例2 :
[0043] 鋼的化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)如下：C:0. 13%，Si :0.25 %，Mn :6. 49%，P : 0· 08%，Nb :0· 021%，M〇 :0· 16%，A1 :1. 21%，S :0· 009%，N :0· 0029%，其余為 Fe 及不可避 免的雜質(zhì)。
[0044] 1)冶煉：進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，控制冶煉后出鋼的化學(xué)成分；
[0045] 2)連鑄：將出鋼澆鑄成鑄坯；
[0046] 3)固溶處理：控制固溶處理溫度為1220°C，保溫時間為Ih ;
[0047] 4)熱軋：在固溶處理后進(jìn)行熱軋，控制開軋溫度為1050°C，終軋溫度為850°C，熱 軋完成后在油介質(zhì)中快速冷卻；
[0048] 5)冷軋：采用60%的壓下率進(jìn)行冷軋；
[0049] 6)退火：連續(xù)退火均熱段溫度為630°C，保溫時間為2h。
[0050] 制得的鋼鋼板的性能參數(shù)見下表1。
[0051] 實施例3:
[0052] 鋼的化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)如下：C:0. 19%，Si :0. 151 %，Mn :5. 5%，P : 0· 04%，Nb :0· 049%，M〇 :0· 25%，A1 :1. 79%，S :0· 004%，N :0· 0015%，其余為 Fe 及不可避 免的雜質(zhì)。
[0053] 1)冶煉：進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，控制冶煉后出鋼的化學(xué)成分；
[0054] 2)連鑄：將出鋼澆鑄成鑄坯；
[0055] 3)固溶處理：控制固溶處理溫度為1180°C，保溫時間為Ih ;
[0056] 4)熱軋：在固溶處理后進(jìn)行熱軋，控制開軋溫度為1080°C，終軋溫度為890°C，熱 軋完成后在油介質(zhì)中快速冷卻；
[0057] 5)冷軋：采用80%的壓下率進(jìn)行冷軋；
[0058] 6)退火：連續(xù)退火均熱段溫度為670°C，保溫時間為lh。
[0059] 制得的鋼鋼板的性能參數(shù)見下表1。
[0060] 表 1
[0061]

【權(quán)利要求】
1. 一種汽車用中錳高強(qiáng)鋼，其特征在于：該鋼的化學(xué)成分重量百分比如下：c :0. 13? 0? 19 %，Si :0? 15 ?0? 25 %，Mn :5. 5 ?6. 5 %，P :0 ?0? 09 %，Nb :0? 02 ?0? 05 %，Mo : 0.16?0.25%41:1.2?1.8%，5:0?0.01%，^0?0.003%，其余為卩6及不可避免的 雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車用中錳高強(qiáng)鋼，其特征在于：該鋼的化學(xué)成分重量百分比 如下：C :0? 167 ?0? 19%，Si :0? 166 ?0? 25%，Mn :5. 5 ?5. 9%，P :0? 04 ?0? 08%，Nb : 0? 021 ?0? 035%，M〇 :0? 20 ?0? 25%，A1 :1. 5 ?1. 79%，S :0? 004 ?0? 009%，N :0? 0015 ? 0. 0029 %，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
3. -種權(quán)利要求1所述汽車用中錳高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，包括冶煉、澆鑄、固溶處理、熱 車L、冷軋及退火的步驟，其特征在于：所述固溶處理的溫度為1180?1220°C，保溫時間為 0. 8?1. 2h ;所述熱軋，開軋溫度為1050?1KKTC，終軋溫度為850?890°C;所述冷軋，壓 下率為率60?80% ;所述退火，退火溫度為630?670°C，保溫時間為1?2h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述汽車用中錳高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述固溶處理溫 度為1200?1220°C，保溫時間為1?1. 2h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述汽車用中錳高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述熱軋的 開軋溫度為1080?1100 °C，終軋溫度為870?890 °C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述汽車用中錳高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述冷軋，壓 下率為率75?80%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述汽車用中錳高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述退火，退 火溫度為650?670°C，保溫時間為1?1. 5h。
【文檔編號】C22C38/12GK104498821SQ201410737988
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】潘利波, 林承江, 鄧照軍, 朱萬軍, 孫宜強(qiáng), 張志建, 魏星 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司