具有優(yōu)異的剛度和延性的鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)異的剛度和延性的鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板及其制造方法， 更具體而言，涉及一種可主要用于汽車(chē)內(nèi)部和外部或結(jié)構(gòu)面板的具有優(yōu)異的剛度和延性的 鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板，以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來(lái)，關(guān)于用于汽車(chē)的鋼板，隨著對(duì)于汽車(chē)燃料消耗中的經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)碰撞過(guò)程中 的乘客安全的要求的不斷提高，用于汽車(chē)的鋼的強(qiáng)度逐漸提高，同時(shí)，由于成形的汽車(chē)零部 件的復(fù)雜性和整體性的趨勢(shì)，需要具有較高水平的成形性的鋼板。此外，根據(jù)使用代替石油 的新燃料的汽車(chē)的出現(xiàn)，由于預(yù)期汽車(chē)燃油系統(tǒng)（包括電池）的重量相比目前的內(nèi)燃機(jī)燃 料系統(tǒng)將大大增加，需要開(kāi)發(fā)一種能夠顯著降低汽車(chē)車(chē)身的重量的輕質(zhì)材料。
[0003] 由于鋼具有顯著優(yōu)于鋁和鎂的強(qiáng)度和延性，并且其生產(chǎn)成本也相對(duì)較低，目前通 過(guò)減小常規(guī)高強(qiáng)度和高延性鋼板的厚度實(shí)現(xiàn)車(chē)身的減重。然而，在未滿(mǎn)足采用替代燃料的 未來(lái)汽車(chē)所要求的重量減輕的量的情況下，有色輕質(zhì)金屬（如鋁或鎂）的使用是不可避免 的。
[0004] 因此，已實(shí)施通過(guò)添加鋁（Al)(輕質(zhì)元素）至鋼中的具有相比常規(guī)鋼降低的比重 的鋼的開(kāi)發(fā)。這種輕質(zhì)鋼通常分為多相、奧氏體和鐵素體鋼，針對(duì)鐵素體輕質(zhì)鋼的一個(gè)一般 技術(shù)公開(kāi)于日本專(zhuān)利公告第2005-273004號(hào)中。該技術(shù)用于通過(guò)將2. 0%至10. 0%的鋁 添加至超低碳鋼中來(lái)制造鐵素體輕質(zhì)鋼，但是降低比重的作用可能較低，并且抗拉強(qiáng)度X 伸長(zhǎng)率（TSXEl)可能顯著地較低。另一技術(shù)公開(kāi)于日本專(zhuān)利申請(qǐng)公告第2006-176843號(hào) 中。該技術(shù)用于通過(guò)包括0.8 %至1.2 %的碳，添加10 %至30 %的錳（Mn)和8 %至12 %的 鋁（A1)，以及包括盡可能低的量的（Fe, MrO3AlC來(lái)制造輕質(zhì)鋼，但是拉拔性可能較低。另 一技術(shù)公開(kāi)于日本專(zhuān)利申請(qǐng)公告第2006-149204號(hào)中。該技術(shù)通過(guò)控制組織來(lái)保證剛度和 延性，但抗拉強(qiáng)度只達(dá)到400MPa的水平。公開(kāi)了一些具有620MPa抗拉強(qiáng)度的鋼，但其伸 長(zhǎng)率只有25%，并且由于加工（如拉拔）過(guò)程中的拉杯（drawn cup)中的呈山形式的高凸 耳，拉杯的高度的3%以上被切去。另一技術(shù)公開(kāi)于日本專(zhuān)利申請(qǐng)公告第2003-355229號(hào) 中。該技術(shù)用于制造包括0.01 %至5%的碳（C)、0. 01 %至5.0%的Mn、3%至10%的Al的 鋼，并通過(guò)添加大量的Al降低了比重。然而，由于熱軋和冷軋裂紋的限制，熱軋后的熱處理 (包括冷卻）溫度和冷壓縮率（cold reduction rate)可能受限，并且，雖然TSXEl的值 為10,000MPa%以上，然而由于TSXEl的值達(dá)不到16,000MPa%的先進(jìn)的市售高強(qiáng)度鋼的 水平，汽車(chē)零部件的加工中可能存在局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)方面是通過(guò)合金組成的優(yōu)化控制細(xì)小析出物來(lái)防止晶粒變粗導(dǎo)致 的強(qiáng)度的降低和平面各向異性增加導(dǎo)致的延性的降低，從而提供具有優(yōu)異的剛度和延性的 鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板，以及其制備方法。
[0007] 解決問(wèn)題的方案
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板，包括：0.02wt%至 0.1界1:%的碳（〇)、4￥1:%至15￥1:%的猛（]\&〇、4￥1:%至1〇￥1:%的錯(cuò)（六1)、2.〇￥1:%以下（不 包括0)的硅（3丨）、0.0^^%至0.3￥七％的鈦（11)、0.005￥七％至0.2￥七％的銻（513)、作為剩 余部分的鐵（Fe)和不可避免的雜質(zhì)，其中0.25XTi/C的值在0. 17至1.0的范圍內(nèi)，Mn/ Al X Log (CX Ti X 10000)的值在L 0至10的范圍內(nèi)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制備鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板的方法，所 述方法包括：再加熱鋼還，所述鋼還包括0. 02wt %至0,1wt %的C、4wt %至15wt %的Μη、 4wt%至 10wt% 的 Α1、2· Owt% 以下（不包括 0)的 Si、0,01wt%至 0· 3wt% 的 Ti、0. 005wt% 至0. 2wt % Sb和作為剩余部分的Fe和不可避免的雜質(zhì)，并具有0. 17至1.0范圍的 0.25父11/(：的值和1.0至10范圍的]\111/^1\1^(0\11\10000)的值，然后在850°〇以上 的溫度熱軋鋼坯以獲得熱軋鋼板；在500°C至700°C的溫度范圍內(nèi)卷取熱軋鋼板。
[0010] 有益效果
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，提供的是一種鐵素體輕質(zhì)高強(qiáng)度鋼板，由于其比重比常規(guī)鋼的比重 低5%以上，且由于優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延性從而抗拉強(qiáng)度X伸長(zhǎng)率（TSXEl)的 值為17, OOOMPa以上，并且平面各向異性也較低，其能用作較薄的部件，從而在減輕重量方 面相對(duì)有效，并提供了其制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為示出Al含量和比重降低率之間的關(guān)系的圖表；
[0013] 圖2為示出0. 25Ti/C的值和屈服率之間的關(guān)系的圖表；
[0014] 圖3為示出平面各向異性和制耳率之間的關(guān)系的圖表；以及
[0015] 圖4為示出強(qiáng)化指數(shù)和抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖表。
[0016] 最佳實(shí)施方式
[0017] 下文將描述本發(fā)明。
[0018] 首先，將詳細(xì)描述本發(fā)明的組成范圍。
[0019] 碳（C) :0· 02wt%至 0· lwt%
[0020] 鋼中的C通過(guò)形成滲碳體[(Fe，Mn)3C]、kappa(K)碳化物[(Fe，Al) 3C]和細(xì)小的 TiC的彌散強(qiáng)化作用來(lái)細(xì)化晶粒。此外，通過(guò)在退火過(guò)程中的再結(jié)晶處理中在析出物的周?chē)?發(fā)生隨機(jī)成核，C抑制組織的擇優(yōu)取向。C的含量可為0.02wt%以上從而形成適當(dāng)水平的 TiC、(Fe, MrO3AlC或κ碳化物。由于滲碳體和κ碳化物隨C含量的增加而增加，可提高強(qiáng) 度，但可降低延性。具體地，在包括鋁（Al)的鋼中，由于FeAl有序相和κ碳化物在鐵素體 晶界的析出，可能出現(xiàn)脆性，因此，C的含量可為0. lwt%以下。
[0021] 猛（Mn) :4wt%至 15wt%
[0022] Mn連同C是控制本發(fā)明中的碳化物的特性并通過(guò)固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度的元素 。Mn 與C共存以促進(jìn)碳化物的高溫析出。因此，Mn通過(guò)防止碳化物在晶界處的形成來(lái)抑制熱脆 性并最終有助于提高鋼板的強(qiáng)度。另外，由于Mn通過(guò)增大鋼的晶格常數(shù)來(lái)降低密度，所以 錳用于降低鋼的比重。此外，在錳含量高的情況下，由于高溫下的奧氏體的形成，可能發(fā)生 碳的聚集，并且，在冷卻過(guò)程中可能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變或可形成殘余奧氏體，以提高延性。然而， 鑒于比重的降低，具有高堆積率的奧氏體結(jié)構(gòu)可減小降低比重的作用。由于對(duì)用于在高溫 下僅形成適量的奧氏體的C和Mn的含量有要求，考慮到上述原因，錳的含量可為4%以上。 在錳過(guò)量加入的情況下，延性可顯著提高，但用于降低比重的鋁的含量必須更高。因此，可 能發(fā)生如脆性的局限性，并且?jiàn)W氏體可能形成為在鐵素體結(jié)構(gòu)中形成條狀的奧氏體簇。由 于通過(guò)形變過(guò)程中的塑性誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化可大大提高特定方向的奧氏體結(jié)構(gòu)的形變，平面各向異 性可顯著提高。因此，本發(fā)明中的錳的含量可為15%以下。
[0023] 錯(cuò)（Al) :4wt%至 10wt%
[0024] Al (以及C、Mn和鈦（Ti))是最重要的元素之一，并且Al用于降低鋼的比重。要 獲得這一效果，可以以4%以上的量添加鋁?？杉尤氪罅康匿X以穩(wěn)定鐵素體結(jié)構(gòu)并降低比 重，但是在這種情況下，通過(guò)大量的金屬間化合物（如κ碳化物、FeAl和Fe 3Al)的形成可 顯著降低鋼的延性。因此，鋁的含量可為10%以下。
[0025] 硅（Si) :2wt% 以下（不包括 0% )
[0026] 類(lèi)似于Al，Si有效降低鋼的比重并抑制鐵素體中的滲碳體的析出以增加細(xì)小的 TiC或κ碳化物。因此，硅可提高鋼的強(qiáng)度。然而，在C和Al的含量同時(shí)較高的情況下， 當(dāng)Si含量大于2%時(shí)，由于有序相（如FeAl或Fe 3Al)的快速增加，可能發(fā)生脆性斷裂。因 此，Si的含量可為2%以下。
[0027] 鈦（Ti) :0· Olwt%至 0· 3wt%
[0028] Ti是本發(fā)明中的一個(gè)非常重要的元素。對(duì)于包括大量的鋁的鋼，鋁（甚至在高溫 下）延伸鐵素體區(qū)以穩(wěn)定鐵素體，其中，鐵素體可被恢復(fù)并在高溫下以相對(duì)高的