本發(fā)明涉及輕質(zhì)鋼制造領域，具體地指一種600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼及其制造方法。
背景技術：
：近年來，隨著汽車節(jié)能減排技術的推進，汽車輕量化成為一種發(fā)展趨勢。汽車材料輕量化通常采用兩種方式實現(xiàn)，一種方法是通過采用薄規(guī)格高強鋼來降低鋼材的用量，而另一種方法則是通過降低鋼材的密度來降低鋼材的重量，從而降低鋼材的用量。在第二種方法中，由于al合金具有密度小、原子半徑大的特點，因此al成為降低密度的關鍵合金，為了使鋼材密度降低4％以上，一般鋼中會添加3％以上的al。同時為了提高鋼材的塑性，使鋼中含有一定的殘余奧氏體，使鋼材在變形過程中產(chǎn)生trip或者twip效應，鋼中還添加有較多的mn、ni等合金元素。因此現(xiàn)有技術中一般存在如下問題：一方面，大量mn、ni等合金元素的添加導致這類低密度鋼一直在δ鐵素體和γ奧氏體兩相區(qū)軋制，造成鋼材的帶狀組織嚴重，進而使材料產(chǎn)生各項異性，容易產(chǎn)生冷彎開裂等問題。為了減輕帶狀組織，這類產(chǎn)品通常需要采用多道次的冷軋及退火，但效果仍然不理想。另一方面，這類鋼的屈強比通常較低，一般低于0.80，不能滿足高屈強比的用途。此外，在實現(xiàn)鋼材低密度的方法中，也有通過添加6～9％的al，并降低鋼材中的碳至幾個ppm級，并添加少量的mn，采用冷軋、退火的方式來生產(chǎn)厚度0.5～2.0mm的產(chǎn)品，但其抗拉強度550mpa以下，屈強比在0.80以下。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼，它不僅質(zhì)量輕，而且抗拉強度高、屈強比高。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼，它的化學成分按質(zhì)量百分數(shù)計為：c:0.05％～0.20％，mn:0.50％～2.00％，si:0.05～0.50％；al:3.0～8.0％，nb:0.02～0.10％，p≤0.015％，s≤0.010％，n≤0.008％，ca:0.0001～0.10％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。并且，所述輕質(zhì)鋼中的c、al、mn、nb的質(zhì)量百分數(shù)滿足0.10≤(15c+0.5mn)/(al+10nb)≤0.40，mn/al≤0.25。本發(fā)明中各元素及主要工藝的作用及機理：c：碳在鋼中起固溶強化作用，或與鋼中的nb等碳化物形成元素形成mc細小顆粒，起到析出強化和細化晶粒的作用，提高鋼材的強度。但碳含量過高容易在鋼中形成過多的珠光體，降低鋼材的屈強比，進而降低鋼材的韌性，且碳含量過高，鋼中易于形成帶狀組織，導致鋼材的成型性能和焊接性能下降，因此本發(fā)明中的c含量選擇為0.05％～0.20％，更優(yōu)選為0.05～0.15％。mn：mn在鋼中起固溶強化和穩(wěn)定奧氏體的作用，有利于提高鋼材的屈強比。含量過低，強化作用太小。mn含量過高容易導致鋼中奧氏體含量增多，從而增加鋼中珠光體等第二相組織的比例，不利于得到鐵素體組織。另外，mn含量過高也容易導致鋼中形成帶狀組織，導致材料在冷彎成型過程中容易開裂，因此本發(fā)明mn含量為0.50～2.00％。al：al為輕質(zhì)元素，由于其原子質(zhì)量小且比鐵原子半徑大，可有效降低鋼材的密度，因此為輕質(zhì)鋼的主要添加元素，al也是鐵素體形成元素，促進鋼中鐵素體的形成。但al元素含量過高會形成feal間化合物，降低鋼材韌性。因此本發(fā)明中al含量為3.0～8.0％，更優(yōu)選為4.0～6.5％。si：si在鋼中起固溶強化作用，si含量過低，固溶強化效果不明顯，但si含量過高對表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，因此本發(fā)明si含量為0.05～0.50％。nb：nb在鋼中起到固溶強化作用，與鋼中的c、n結(jié)合形成nbc和nbn，起到析出強化的作用，而且nb為強鐵素體形成元素，有利于鋼中形成鐵素體組織，但nb含量過高會增加軋制負荷，使軋制難以進行，且nb為貴重金屬，nb含量過高會大大增加鋼材的制造成本，因此本發(fā)明中nb的含量為0.02～0.10％。本發(fā)明中c、al、mn、nb元素含量需滿足0.10≤(15c+0.5mn)/(al+10nb)≤0.40，mn/al≤0.25。當0.10≤(15c+0.5mn)/(al+10nb)≤0.40，mn/al≤0.25時，可保證鋼中的鐵素體組織≥99％，保證鋼材的強度和韌性，且能有效提高鋼材的焊接性能。優(yōu)選為0.15≤(15c+0.5mn)/(al+10nb)≤0.40。p：p為鋼中的雜質(zhì)元素，易于在晶界偏聚，影響產(chǎn)品的韌性，因此其含量越低越好。根據(jù)實際控制水平，應控制在0.015％以下。s：s為鋼中的雜質(zhì)元素，易在晶界產(chǎn)生偏聚，且與鋼中的fe形成低熔點的fes，降低鋼材的韌性，煉鋼時應充分去除，應控制在0.010％以內(nèi)。n：n為鋼中的雜質(zhì)元素，降低鋼材的韌性，容易和鋼中al、nb形成aln和nbn，含量過高，易形成粗大的aln和nbn，因此盡量降低其含量，應控制在0.008％以下。ca：一定含量的鈣可改善鋼中夾雜物的狀態(tài)，從而有利于提高鋼的韌性，因此本發(fā)明中ca為0.0001～0.0050％。本發(fā)明的另一個目的是上述600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼的制造方法，該方法步驟簡單、成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種上述600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼的制造方法，它依次包括以下步驟：連鑄、鑄坯加熱、熱軋、冷卻卷取，其特征在于：1)所述連鑄階段中，連鑄拉速0.5m/min～10.0m/min，澆鑄過熱度15～30℃；2)所述鑄坯加熱階段中，板坯加熱速率為5℃/min～50℃/min，板坯出爐溫度為1180～1300℃，加熱時間為30min～200min；3)所述熱軋階段中，熱軋壓縮比≥90％，熱軋終軋溫度為860～950℃；4)所述冷卻卷取階段中，帶鋼冷卻速率≥20℃/s，卷取溫度為580～680℃。優(yōu)選的，所述步驟1)中采用厚板坯連鑄，厚板坯先冷卻，然后進入加熱爐進行鑄坯加熱，所述厚板坯先冷卻過程中，冷卻速率≤50℃/min，所述進入加熱爐進行鑄坯加熱時，板坯入爐溫度≥200℃，加熱速率≤20℃/min。更優(yōu)選的，所述步驟1)中所述厚板坯采用保溫罩進行緩冷。優(yōu)選的，所述步驟2)中板坯出爐溫度為1200～1250℃。優(yōu)選的，所述步驟3)中熱軋終軋溫度為860～920℃。優(yōu)選的，所述步驟3)中熱軋后的帶鋼組織中鐵素體體積分數(shù)不低于99％。優(yōu)選的，所述步驟4)中帶鋼冷卻速率≥30℃/s。優(yōu)選的，所述步驟4)中帶鋼的冷卻方式包括前段冷卻、兩段冷卻和多段冷卻中的一種或幾種。更優(yōu)選采用前段冷卻的冷卻方式。采用上述工藝的理由在于：連鑄階段時，拉速控制在0.5m/min～10.0m/min，過熱度控制在15～30℃可有效減少鑄坯中心偏析、疏松以及鑄坯表面裂紋的產(chǎn)生，鑄坯加熱階段中，由于鋼中加入大量的al提高了鋼材的熱膨脹系數(shù)，加入速率過高，容易引起連鑄坯因內(nèi)應力過大而產(chǎn)生開裂，加入速率過低，加熱時間過長，引起表面脫碳嚴重，鋼中晶粒粗大，降低鋼材的韌性。因此本發(fā)明加熱速率為5～50℃/min。同時，本發(fā)明中出爐溫度在1180～1300℃，這是由于鋼中含有合金元素nb，加熱溫度低時，板坯冷卻過程中形成的碳氮化物難以固溶，降低其細晶強化和固溶強化效果。另外板坯出爐溫度過低，變形抗力增加，難以軋制，且容易產(chǎn)生邊裂問題，而溫度太高容易造成脫碳嚴重和晶粒粗大，降低鋼材韌性，同樣產(chǎn)生邊裂問題。本發(fā)明的加熱時間為30～200min，加熱時間太短，板坯的溫度均勻性差，合金元素擴散不充分，而加熱時間太長，容易造成板坯表面脫碳嚴重。因此本發(fā)明加熱時間為30～200min。熱軋階段中，本發(fā)明的終軋溫度860～950℃，終軋溫度過高，晶粒不能得到有效細化，降低鋼材韌性和強度，終軋溫度過低，變形抗力增大，造成板帶軋制，且鋼中容易形成帶狀組織，降低鋼材的韌性。本發(fā)明熱軋后帶鋼冷卻過程中，帶鋼冷卻速率≥20℃/s，卷取溫度580～680℃。帶鋼冷卻速率過低，鋼中形成帶狀組織，且增加鋼中珠光體的含量，降低韌性。卷取溫度過高，鋼中形成的鐵素體晶粒過于粗大，降低鋼材的強度和塑性，卷取溫度過低，鋼材不能充分回復和再結(jié)晶，鋼材的塑性降低。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比：本發(fā)明提供一種600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼及其制造方法。本發(fā)明的鋼材具有99％以上的鐵素體，抗拉強度達到600mpa以上，延伸率達到18％以上，且屈強比大于0.80，密度7.50g/cm3以下，不需要通過降低鋼板厚度來減輕重量，鋼板厚度可達1.0～10.0mm。本發(fā)明的熱軋產(chǎn)品具有強度高、塑性好、冷彎性能良好、密度低等特點，密度比常規(guī)品種降低5％以上，具備良好的減重潛力，適用于汽車結(jié)構(gòu)件及加強件的制造。由于本發(fā)明得到的微觀組織為純鐵素體組織，克服了現(xiàn)有技術中存在的帶狀組織，提高了產(chǎn)品性能均勻性和冷彎性能。本制造方法簡單易行，無需額外增加設備投資，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，具有很強的實用性。具體實施方式以下通過具體實施例對本發(fā)明的600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼及其制造方法作進一步的說明：表1列出了序號1～5的實施例1～實施例5的600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼及序號6～8的對比例1～對比例3的輕質(zhì)鋼化學成分的重量百分數(shù)(余量為fe和不可避免的雜質(zhì))。表1實施例的化學成分(wt，％)本發(fā)明序號1～5的實施例1～實施例5的600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼及序號6～8的對比例1～對比例3的輕質(zhì)鋼按照如下方法制造得到，具體工藝參數(shù)如表2所示：它依次包括以下步驟：連鑄、鑄坯加熱、熱軋、冷卻卷取，其特征在于：1)所述連鑄階段中，連鑄拉速0.5m/min～10.0m/min，澆鑄過熱度15～30℃；2)所述鑄坯加熱階段中，板坯加熱速率為5℃/min～50℃/min，板坯出爐溫度為1180～1300℃，加熱時間為30min～200min；3)所述熱軋階段中，熱軋壓縮比≥90％，熱軋終軋溫度為860～950℃；4)所述冷卻卷取階段中，帶鋼冷卻速率≥20℃/s，卷取溫度為580～680℃。表2各實施例的制造方法工藝參數(shù)序號板坯出爐溫度℃板坯加熱時間min終軋溫度℃冷卻速率℃/s卷取溫度℃1118030890606202120018092030650312501609352760041300200950356805123015090056580611901808704062071230180880456308123016089030620將序號1～5的實施例1～實施例5的600mpa級高屈強比熱軋高強輕質(zhì)鋼及序號6～8的對比例1～對比例3的輕質(zhì)鋼進行性能檢測，其主要性能檢測結(jié)果如表3所示。表3各實施例主要性能檢測結(jié)果從表3中可以看出，本發(fā)明產(chǎn)品的組織為鐵素體組織，抗拉強度達到600mpa以上，延伸率超過18％，屈強比高于0.80，組織中無帶狀組織，冷彎性能良好，密度7.50g/cm3以下，密度比常規(guī)鋼種(7.85g/cm3)降低5.0％以上，而序號為4和5的對比例的化學成分不在本發(fā)明的范圍，雖然其抗拉強度達到600mpa以上，但屈強比低于0.80，延伸率低于18％，且產(chǎn)品出現(xiàn)了帶狀組織，產(chǎn)品的冷彎性能不合格。序號為6的對比例由于鋼中的c、mn含量低于本發(fā)明的下限，導致其最終的抗拉強度偏低，不滿足本發(fā)明抗拉強度600mpa以上的要求。本發(fā)明
技術領域：
的科研人員可根據(jù)上述作內(nèi)容和形式非實質(zhì)性的改變而不偏離本發(fā)明所實質(zhì)保護范圍，因此，本發(fā)明不局限于上述具體的實施實例。當前第1頁12