一種低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，是一種低密度、高強(qiáng)韌的冷軋汽車(chē)用鋼板，具體涉及該 低密度鋼的成分設(shè)計(jì)及制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 節(jié)能降耗、減少尾氣排放是當(dāng)今汽車(chē)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題，而汽車(chē)輕量化是提高 汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約能耗、降低排放的重要措施之一。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外投入了大量資 金，開(kāi)發(fā)了多種高強(qiáng)或超高強(qiáng)鋼板，包括TRIP、TWIP鋼等，通過(guò)降低鋼板厚度來(lái)降低汽車(chē)重 量。同時(shí)，一些以鋁合金、鎂合金、工程塑料及碳纖維復(fù)合材料為代表的輕質(zhì)材料也逐漸受 到人們的青睞，被應(yīng)用于輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)等減重部件上。
[0003] -種更具有潛力的思路是，開(kāi)發(fā)集低密度與高強(qiáng)度性能于一身的鋼板。有研宄表 明，鋼材的密度僅需降低10%就可以保持甚至顯著提高其在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)越性和競(jìng) 爭(zhēng)力。這種設(shè)計(jì)的理念是，向鋼中添加一定量的A1元素（> 5wt. % )，在合金成分與成型 工藝的控制基礎(chǔ)上，得到兼具低密度和高強(qiáng)韌性的新型汽車(chē)鋼板，以保證在不犧牲汽車(chē)結(jié) 構(gòu)部件強(qiáng)度的前提下盡量減輕汽車(chē)的自重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是向鋼中添加一定量的A1元素（> 5wt. % )，在合金成分與成型工藝 的控制基礎(chǔ)上，得到兼具低密度和高強(qiáng)韌性的新型汽車(chē)鋼板，以保證在不犧牲汽車(chē)結(jié)構(gòu)部 件強(qiáng)度的前提下盡量減輕汽車(chē)的自重。
[0005] -種低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板的制備方法，鋼中化學(xué)成分（質(zhì)量百分 比）為：0? 65%~0? 75%C、14. 0%~19. 0%Mn、7. 0%~10. 5%A1、P〈0. 003%、S〈0. 002%， 余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。試驗(yàn)用鋼的密度為6. 65~7. 05g/cm3,較純鐵降低10.0~ 16. 0%〇
[0006] 本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種低密度、高強(qiáng)韌汽車(chē)用鋼，其制備方法如下：
[0007] (1)根據(jù)上述的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉，鍛造成矩形板坯；
[0008] (2)將板坯進(jìn)行組織均勻化處理，加熱溫度為1150~1180°C，保溫2h;
[0009] (3)板坯在二輥軋機(jī)進(jìn)行多道次熱軋變形，開(kāi)軋溫度1050~1100°C，終軋溫度保 持在850~900°C，多道次軋制，保證其累計(jì)變形量80 %~90%，乳制結(jié)束后水冷至200~ 300°C，后空冷至室溫；之后將熱軋后鋼板快速加熱到950~1050°C進(jìn)行固溶處理，保溫 0. 5~lh后水淬處理；
[0010] (4)固溶后鋼板進(jìn)行冷軋變形，經(jīng)過(guò)多道次軋制變形，累積壓縮量為60%~80% ; 之后進(jìn)行退火處理，在l〇〇〇°C保溫10~15min后水淬至200~300°C，空冷至室溫。
[0011] 本發(fā)明Fe-Mn-Al-C系低密度、高強(qiáng)韌鋼具有奧氏體或奧氏體+鐵素體雙相組織， 具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、高的加工硬化率，變形過(guò)程中無(wú)屈服平臺(tái)現(xiàn)象；是一種具有 高強(qiáng)韌性、成形性能好的汽車(chē)用鋼，較傳統(tǒng)鋼鐵材料和先進(jìn)高強(qiáng)汽車(chē)用鋼鐵材料而言，其高 強(qiáng)韌性、低密度特點(diǎn)具備更大的開(kāi)發(fā)前景與優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的良好組合，其 強(qiáng)塑積（抗拉強(qiáng)度與斷后伸長(zhǎng)率的乘積）可達(dá)40GPa* %，遠(yuǎn)超出第三代汽車(chē)用鋼（強(qiáng)塑積 > 30GPa? % )的要求。
[0012] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
[0013] (1)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能（高強(qiáng)度、高斷后伸長(zhǎng)率），本發(fā)明退火處理后鋼板 具有強(qiáng)度與塑性的良好結(jié)合，具有很好的碰撞吸收性能。
[0014] (2)相比DP鋼、TRIP鋼及TWTP鋼等汽車(chē)用結(jié)構(gòu)用鋼，本發(fā)明采用合理的合金元素 配比，添加了A1等輕質(zhì)元素，在保證鋼板優(yōu)良綜合力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低了鋼板密度，減 重效果明顯。
[0015] (3)本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)中無(wú)需添加貴重合金，一方面降低實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)成本與難 度，同時(shí)降低鋼板的碳當(dāng)量，利于鋼板進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)與焊接組裝。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 附圖1是本發(fā)明汽車(chē)用鋼板制備過(guò)程。
[0017] 附圖2是本發(fā)明的一種低密度、高強(qiáng)韌汽車(chē)用鋼板制備工藝示意圖。
[0018] 附圖3是本發(fā)明退火后鋼板典型雙相組織（SEM照片）。
[0019] 具體實(shí)施方法
[0020] 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下冶煉了三爐鋼，其化學(xué)成分（質(zhì)量百分比）如表1所示。
[0021] 表1試驗(yàn)用鋼化學(xué)成分（wt. % )
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板的制備方法，其特征在于化學(xué)成分質(zhì) 量百分比為：〇? 65 % ~0? 75 % C、14. 0 % ~19. 0 % Mn、7. 0 % ~10. 5 % Al、P〈0. 003 %、 S〈0. 002%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，試驗(yàn)用鋼的密度為6. 65~7. 05g/cm3,制備工藝步 驟包括：冶煉、鍛造、鋼坯加熱到1150~1180°C保溫后進(jìn)行多道次熱軋變形；熱軋后鋼板進(jìn) 一步固溶處理，在950~1050°C保溫0. 5~lh后水淬處理；接著冷軋變形，之后退火處理， 在1000°C保溫10~15min后水淬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板的制備方法，其特征在 于具體步驟如下： (1) 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金成分體系進(jìn)行冶煉，并將鑄造坯料鍛造成板坯； (2) 將板坯進(jìn)行熱軋；加熱溫度為1150~1180°C，保溫2h組織均勻化處理，經(jīng)多道次 軋制變形，累積變形量在80%~90%，乳后水淬至200~300°C，空冷至室溫； (3) 鋼板熱軋后的固溶處理工藝采用快速加熱到固溶溫度950~1050°C，保溫0. 5~ lh后直接水淬至200~300 °C卷取，空冷至室溫； (4) 將鋼板進(jìn)行冷軋：根據(jù)軋機(jī)能力，經(jīng)過(guò)多道次軋制變形，累積壓縮量為60%~ 80% ;之后對(duì)冷軋鋼板進(jìn)行退火處理，空冷至室溫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板的制備方法，其特征 在于：步驟（2)所述的熱軋的開(kāi)軋溫度為1050~1100°C，終軋溫度為850~900°C，溫度為 200 ~300。。。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板的制備方法，其特征在 于：步驟⑷所述的冷軋鋼板退火溫度在l〇〇〇°C，保溫時(shí)間為10~15min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板的制備方法，其特征在 于強(qiáng)塑積大于40GPa ? %。
【專(zhuān)利摘要】一種低密度Fe-Mn-Al-C系冷軋汽車(chē)用鋼板及制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明所述汽車(chē)用鋼板的化學(xué)成分為：0.65％～0.75％C、14.0％～19.0％Mn、7.0％～10.5％Al、P<0.003％、S<0.002％，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。制備工藝步驟包括：冶煉；鍛造；鋼坯加熱到1150～1180℃保溫2h后進(jìn)行多道次熱軋變形，開(kāi)軋溫度1050～1100℃，終軋溫度850～900℃，累計(jì)變形量在80％～90％，卷取溫度200～300℃；熱軋后鋼板進(jìn)一步固溶處理，在950～1050℃保溫0.5～1h后水淬處理；接著冷軋變形，累積壓縮量為60～80％；之后退火處理，在1000℃保溫10～15min后水淬；試驗(yàn)用鋼為奧氏體+鐵素體雙相組織，最終獲得具有低密度、高強(qiáng)韌的冷軋雙相汽車(chē)用鋼板。本發(fā)明在保證鋼板優(yōu)良綜合力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低了鋼板密度，減重效果明顯，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的良好組合，其強(qiáng)塑積可達(dá)40GPa·％，遠(yuǎn)超出第三代汽車(chē)用鋼的要求。
【IPC分類(lèi)】C22C38-06, C21D8-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104674109
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510107144
【發(fā)明人】宋仁伯, 張磊峰, 趙超, 楊富強(qiáng), 彭世廣
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日