專利名稱：一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)塑積鋼板及其生產(chǎn)方法，尤其是一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼及其生產(chǎn)方 法。
背景技術(shù)：
新一代汽車用鋼的發(fā)展方向是使用高強(qiáng)和超強(qiáng)度鋼以實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化、低排放、碰撞安全性和節(jié)能，高強(qiáng)塑積已經(jīng)成為高性能汽車用鋼最重要的衡量指標(biāo)。以DP、TRIP、TWIP和熱成形鋼等為代表的先進(jìn)高強(qiáng)鋼在一定程度上暫時(shí)滿足了汽車エ業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。但隨著DP、TRIP等鋼在汽車上的推廣應(yīng)用，其有限的強(qiáng)塑積(15 20GPa%)僅可以完成簡(jiǎn)單構(gòu)件的成形，而鋼種本身帶來(lái)的性能缺陷逐漸顯現(xiàn)，如隨著強(qiáng)度的提高、延伸率下降、沖壓回彈大；微觀組織的不均勻性及不同組織強(qiáng)塑性的差異導(dǎo)致其在彎曲和翻邊成形中出現(xiàn)裂紋；化學(xué)成分(尤其是碳、錳等元素)添加量的増加，引起焊接性能惡化；為了獲得所需要的組織而添加的ー些化學(xué)元素(如硅)，卻給冷軋板表面質(zhì)量、涂鍍性等帶來(lái)不利的影響。而熱成形鋼在強(qiáng)度超過(guò)IOOOMPa后，塑性下降幅度加大，較低的強(qiáng)塑積(9 15GPa%)難以滿足復(fù)雜構(gòu)件的成形需要。此后進(jìn)行了具有較高強(qiáng)塑積的TWIP鋼的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)，傳統(tǒng)TWIP鋼是在哈德菲爾(Hadfield)鋼的基礎(chǔ)上演變而來(lái)，其加工性能很差，主要原因是(I)超高含量的Mn元素(彡20%)降低了鋼的導(dǎo)熱率，且自由線收縮值(2· 49Γ3. 0%)是普通碳鋼的2 3倍，導(dǎo)致鋼的鑄態(tài)組織粗大，原始鑄坯/錠表面易產(chǎn)生熱裂紋，熱軋后裂紋加劇。(2)由于鋼中含有大量的Mn元素，鑄造時(shí)可能造成鋼中成分偏析以及S和P元素在晶界偏聚，弱化晶界，同時(shí)大量脆性碳化物(m23c6、m5c2)的析出使TWIP鋼在熱軋過(guò)程中極易產(chǎn)生沿晶裂紋。(3)高M(jìn)n鋼固有的高加工硬化速率，導(dǎo)致軋制變形抗カ較高，増加了軋機(jī)負(fù)荷，使其難以冷加工成形。(4)高錳鋼的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效對(duì)擴(kuò)孔成形不利，沖壓高錳鋼的延遲脆性等都使得其在現(xiàn)有傳統(tǒng)的汽車板生產(chǎn)線上難以生產(chǎn)和大批量推廣應(yīng)用。公開(kāi)(公告)號(hào)為CN 101065503A的“具有TWIP性能的高強(qiáng)度鋼帶或薄鋼板以及通過(guò)鋼帶連鑄制備它的方法”和公開(kāi)號(hào)為CN 101084073A的“由輕型結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)熱軋帶材的方法”兩項(xiàng)公開(kāi)專利文獻(xiàn)中，提出采用鋼帶連鑄(DSC)エ藝結(jié)合熱軋、冷軋制備出復(fù)合添加聞娃、聞?wù)屑癗i、Cr、V、Ti和Nb等合金兀素的TWIP鋼。但招是一種鐵素體穩(wěn)定化兀素，具有提高層錯(cuò)能(SFE)、降低奧氏體穩(wěn)定性的作用，將破壞由于應(yīng)變誘導(dǎo)孿晶效應(yīng)所產(chǎn)生的高強(qiáng)度和高塑性，因此，鋁的添加對(duì)奧氏體穩(wěn)定性的影響，必須通過(guò)錳或其它奧氏體穩(wěn)定化元素(如Ni等)來(lái)補(bǔ)償，這將提高鋼的成本；同時(shí)鋁的易氧化又使冶煉和澆鑄中夾雜物的控制難度加大，降低鋼質(zhì)純凈度，對(duì)強(qiáng)塑性產(chǎn)生不利影響。當(dāng)硅的加入量過(guò)多時(shí)，會(huì)使鋳造材料產(chǎn)生較多的復(fù)合脫氧產(chǎn)物，惡化其鑄態(tài)性能；并且在熱軋帶材表面出現(xiàn)粘性的氧化硅，降低涂鍍性。含有高硅、高鋁的孿晶誘導(dǎo)塑性鋼其熱加工性很差，熱軋往往會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的邊裂，降低材料的利用率。大量Ni、Cr等合金元素的加入雖在一定程度上可以改善材料加工和部分力學(xué)性能，但其生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性卻大大降低。公開(kāi)(公告)號(hào)為CN 101111622A，名為“具有高的強(qiáng)度和可成形性的奧氏體鋼，制造所述鋼的方法及其應(yīng)用”的公開(kāi)專利文獻(xiàn)中，為使冷軋薄板達(dá)到性能要求，需要采用長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)以上的分批退火，既增加能源消耗、提高生產(chǎn)成本，又大大降低了生產(chǎn)效率、延長(zhǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期。公開(kāi)(公告)號(hào)為CN 101215672A和CN 101235464A的兩個(gè)中國(guó)專利文獻(xiàn)中，受到超高錳(> 20%)和高硅、高鋁(> 2%)的限制，熱軋TWIP鋼板的制備采用鑄錠、熱鍛，以改善熱軋板料的表面缺陷。然而熱鍛エ序必須離線進(jìn)行，既破壞了生產(chǎn)的連續(xù)性又増加了生產(chǎn)成本?，F(xiàn)有TWIP鋼技術(shù)中，針對(duì)TWIP效應(yīng)進(jìn)行了鋼種成分和エ藝設(shè)計(jì)，其抗拉強(qiáng)度未能達(dá)到超高強(qiáng)度900MPa)要求；而具有TRIP效應(yīng)的冷軋汽車鋼板其強(qiáng)度雖高，但塑性偏低(彡 30%)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼及其生產(chǎn)方法，生產(chǎn)汽車用薄鋼板，有效提高抗沖撞性、降低車體重量、實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低廢氣排放造成的環(huán)境污染。本發(fā)明提供的ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼，其特征在于按重量百分比包含如下化學(xué)組分C 0. 10%"I. 0% ；Si 0. 20% 2. 0% ；Mn :5% 14% ；Ρ :0· 005% 0· 015%, S 彡 O. 005% ；Als :0. 02% 0· 50% ；N ( O. 05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼，其特征在于按重量百分比還包含如下化學(xué)組分V 0. 05、· 30% ；Ni :0. 15 O. 50% ；Nb :0. 005%、· 05% ；Ti :0. 005% O. 05% ；Ca
O.001% 0· 006% ；RE 0. 0005% 0· 002% ；Mg :0. 0005% 0· 002% 中的 I 種或任意 2 6 種。一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼的綜合力學(xué)性能如下抗拉強(qiáng)度(Rm)800 I3OO MPa ；屈服強(qiáng)度(ReI)450 900 MPa ；延伸率(A5tl) 28% 45% ；加工硬化指數(shù)(η) O. 25 O. 45 ;強(qiáng)塑積(RmXA5tl)30 45GPa%。ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.采用真空冶煉，澆鑄溫度控制在1450°C 1550°C，澆注成鑄坯；b.鑄坯熱軋，加熱溫度控制在1050°C 1150°C，保溫30 120min，開(kāi)軋溫度控制在1100°C 800°C，終軋溫度控制在850°C 600°C，軋至3 mm 5mm，軋后鋼板快速冷卻，冷卻速率彡15°C /s，形成熱軋板；c.熱軋板在亞穩(wěn)態(tài)組織形成區(qū)間退火，退火溫度60(Γ720 V，保溫時(shí)間5mirTl80min，以> 20°C /s冷速快冷至室溫，獲得成品亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼熱軋板；所述ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于經(jīng)過(guò)上述a. b步驟后,熱軋板經(jīng)40% 80%的壓下率冷軋成厚度為O. 8mm 2. Omm的冷軋薄鋼板，然后在600°C 720°C溫度區(qū)間內(nèi)，對(duì)冷軋薄鋼板進(jìn)行等溫退火處理，保溫時(shí)間3 min 30min，以> 15°C /s冷速快冷至室溫，獲得適宜沖壓成形的亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼薄鋼板。在基于亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼，所采用的組分作用如下
C :有利于發(fā)明鋼獲得所需的強(qiáng)度指標(biāo)；增加奧氏體的穩(wěn)定性，以避免Mn降低后所引起的奧氏體穩(wěn)定性的過(guò)度降低，在鋼中保持中(低)C，抑制鐵素體及ε —馬氏體的過(guò)早形成，因此，優(yōu)選的C含量為O. 10% I. 0%。Mn :是奧氏體穩(wěn)定化元素，它在臨界退火區(qū)會(huì)向奧氏體中擴(kuò)散，使得Mn和C同時(shí)在奧氏體中富集和均勻化，故改變奧氏體在隨后冷卻過(guò)程中的穩(wěn)定性和珠光體的形成。同時(shí)，Mn的加入使Ms點(diǎn)較低，殘余奧氏體的量増加。與現(xiàn)有技術(shù)相比，發(fā)明鋼在設(shè)計(jì)成分中大大降低了 Mn含量，降低了鑄坯凝固過(guò)程中的微觀偏析、軋制缺陷產(chǎn)生機(jī)會(huì)和加工硬化率過(guò)高造成的軋制困難。當(dāng)Mn含量超過(guò)20%時(shí)，其TWIP效應(yīng)強(qiáng)烈，不利于高強(qiáng)度的獲得；如Mn含量低于2%，則完全由表現(xiàn)為TRIP效應(yīng)，不利于材料獲得高塑性。Si分布在鐵素體中，提高鐵素體中碳的化學(xué)位，促使鐵素體中的碳向奧氏體內(nèi)部擴(kuò)散，奧氏體中的碳濃度升高。由于Si在碳化物中不溶解，碳化物沉淀被Si所抑制，相應(yīng)地在殘余奧氏體中可導(dǎo)致較多的碳的富集，使奧氏體具有更多的殘留或更高的穩(wěn)定化傾向，同時(shí)還有利于強(qiáng)度的提高和材料的輕質(zhì)化。P也可以提高奧氏體的含量及穩(wěn)定性，部分代替Si也可以在貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)抑制C的沉淀，保留小晶粒奧氏體，另外通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高母體的約束カ來(lái)穩(wěn)定殘余奧氏體。Mg :與其它脫氧劑不同，鎂與氧結(jié)合形成非常微細(xì)的析出物，這些微細(xì)析出物在鋼中均勻彌散分布，避免了大顆粒氧化物夾雜物滯留鋼中所產(chǎn)生的應(yīng)カ集中，降低對(duì)塑、韌性的不利影響。此外，Ni是奧氏體穩(wěn)定化元素，鋼中添加少量Ni可以穩(wěn)定奧氏體顯微組織。V可以增加殘余奧氏體的量。本發(fā)明將合金成分設(shè)計(jì)、冶煉、軋制和熱處理工藝相結(jié)合，獲得具有一定數(shù)量原始組織為超細(xì)板條亞穩(wěn)態(tài)奧氏體+鐵素體板條復(fù)合多相組織鋼板，亞穩(wěn)態(tài)奧氏體在塑性變形中部分發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變?yōu)棣?+ α馬氏體，即TRIP效應(yīng)，通過(guò)相變中馬氏體的形成，產(chǎn)生體積膨脹抑制材料頸縮的形成而產(chǎn)生塑性增強(qiáng)，硬質(zhì)相馬氏體的形成同時(shí)產(chǎn)生超高強(qiáng)度；而以超細(xì)板條態(tài)存在的鐵素體則在塑性變形中保持良好的塑性延展性，使材料具有高塑性。經(jīng)過(guò)以上化學(xué)成分組合及制備エ藝所獲得的帶材具有以下組織特征I)熱軋+亞穩(wěn)態(tài)臨界退火及冷軋+亞臨界退火處理后，鋼板的顯微組織包含30%(體積分?jǐn)?shù))以上的超細(xì)奧氏體板條+鐵素體板條的復(fù)相組織。2)單向拉伸變形后的組織包含馬氏體、超細(xì)板條亞穩(wěn)態(tài)殘余奧氏體和超細(xì)板條狀鐵素體等多相復(fù)合組織。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著有益效果I)在優(yōu)選的成分和エ藝下，獲得具有一定組分配比的超細(xì)板條結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)態(tài)殘余奧氏體和鐵素體，利用亞穩(wěn)態(tài)奧氏體相變的TRIP效應(yīng)，產(chǎn)生超高強(qiáng)度和塑性增強(qiáng)，及軟相鐵素體組織的高塑性特性，獲得具有高強(qiáng)塑積、綜合性能優(yōu)良的鋼板。2)發(fā)明鋼采用中/低C-Mn和Si、V合金系，大大降低了 Mn含量，且無(wú)高硅、高鋁和大量貴重合金的加入，不僅節(jié)約產(chǎn)品成本，還有效減少了復(fù)合脫氧產(chǎn)物及脆性相(Si02、Al2O3)和硫化物(MnS)的大量產(chǎn)生、聚集，提高鋼質(zhì)潔凈度、可加工性和表面質(zhì)量。3)采用連鑄板坯直接熱軋成形，無(wú)需采用DSCエ藝，節(jié)省設(shè)備投資和生產(chǎn)成本。4)無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間退火，且通過(guò)不同的亞穩(wěn)態(tài)等溫退火處理工藝，獲得具有不同強(qiáng)塑積指標(biāo)的鋼板，滿足不同強(qiáng)塑性構(gòu)件成形的多樣化需求，實(shí)現(xiàn)資源和能源的有效利用。


圖I為ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼實(shí)施例I單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖2為ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼實(shí)施例2單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖3為ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼實(shí)施例4單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖4為ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼實(shí)施例I亞臨界等溫退火后的微觀組織結(jié)構(gòu)。圖5為ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼實(shí)施例4亞臨界等溫退火后的微觀組織結(jié)構(gòu)。圖6為ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼實(shí)施例I單向拉伸變形后的微觀組織結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面用實(shí)施例更詳細(xì)描述本發(fā)明。實(shí)施例1-5，一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼所包含的化學(xué)成分，如表I所示，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。表I化學(xué)成分(wt %)
權(quán)利要求
1.ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼，其特征在于按重量百分比包含如下化學(xué)組分C 0. 10%"I. 0% ；Si 0. 20% 2. 0% ；Mn :5% 14% ；Ρ :0· 005% 0· 015%, S 彡 O. 005% ；Als O.02% O. 50% ；N ( O. 05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 上述一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼的綜合力學(xué)性能如下 抗拉強(qiáng)度(Rm) 800 1300 MPa ； 屈服強(qiáng)度(ReI) 450 900 MPa ；延伸率(A5tl ) 28% 45% ； 加工硬化指數(shù)(η) O. 25 O. 45 ; 強(qiáng)塑積(RmXA5tl) 30 45 GPa%。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼，其特征在于按重量百分比還包含如下化學(xué)組分V 0. 05^0. 30% ；Ni 0. 15^0. 50% ；Nb 0. 005%"0. 05% ；Ti 0. 005% 0. 05% ；Ca 0.001% 0. 006% ；RE 0. 0005% 0. 002% ；Mg :0. 0005% 0. 002% 中的 I 種或任意 2 6 種。
3.權(quán)利要求書(shū)I所述的ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟 a.采用真空冶煉，澆鑄溫度控制在1450°C 1550°C，澆注成鑄坯； b.鑄坯熱軋，加熱溫度控制在1050°C 1150°C，保溫30 120min，開(kāi)軋溫度控制在1100°C 800°C，終軋溫度控制在850°C 600°C，軋至3 mm 5mm，軋后鋼板快速冷卻，冷卻速率≥15°C/s，形成熱軋板； c.熱軋板在亞穩(wěn)態(tài)組織形成區(qū)間退火，退火溫度60(T72(TC，保溫時(shí)間5mirTl80min，以> 15°C /s冷速快冷至室溫，獲得成品亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼熱軋板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于經(jīng)過(guò)上述a. b步驟后，熱軋板經(jīng)40% 80%的壓下率冷軋成厚度為O. 8mm 2. Omm的冷軋薄鋼板，然后在600°C 720°C溫度區(qū)間內(nèi)，對(duì)冷軋薄鋼板進(jìn)行等溫退火處理，保溫時(shí)間3 min 30min,以≥15°C /s冷速快冷至室溫,獲得適宜沖壓成形的亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼薄鋼板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼及其生產(chǎn)方法，生產(chǎn)汽車用薄鋼板，有效提高抗沖撞性、降低車體重量、實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低廢氣排放造成的環(huán)境污染。本發(fā)明提供的塑積鋼，按重量百分比包含如下化學(xué)組分C0.10%~1.0%；Si 0.20%~2.0%；Mn5%~14%；P0.005%~0.015%，S≤0.005%；Als0.02%~0.50%；N≤0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。生產(chǎn)方法包括采用真空冶煉，澆注成鑄坯； 鑄坯熱軋，形成熱軋板；熱軋板在亞穩(wěn)態(tài)組織形成區(qū)間退火，獲得成品亞穩(wěn)態(tài)相變?cè)鏊艿某?xì)晶高強(qiáng)塑積鋼熱軋板。本發(fā)明利用亞穩(wěn)態(tài)奧氏體相變的TRIP效應(yīng)，采用中/低C-Mn和Si、V合金系，提高鋼質(zhì)潔凈度、可加工性和表面質(zhì)量；采用連鑄板坯直接熱軋成形，獲得具有不同強(qiáng)塑積指標(biāo)的鋼板。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102828109SQ20121034533
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者李激光, 張金棟, 黃海亮 申請(qǐng)人:遼寧科技大學(xué)