800～1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼及制造方法和溫成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及奧氏體不銹鋼，具體涉及一種800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼 及制造方法和溫成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車產(chǎn)品的輕量化進(jìn)程中，碳鋼高強(qiáng)鋼在汽車行業(yè)已經(jīng)取得廣泛地應(yīng)用，汽車 的全生命周期成本的理念也逐漸深入汽車行業(yè)，因此對(duì)汽車的使用壽命提出了嚴(yán)格要求， 其中對(duì)材料的高強(qiáng)度、耐蝕性要求是必不可少的，尤其在新能源汽車上，采用高強(qiáng)不銹鋼來(lái) 制作車架及零部件，可以在提高車身耐腐蝕性能的同時(shí)，減少不銹鋼鋼材本身重量來(lái)降低 整車重量，工藝中也省去了碳鋼高強(qiáng)鋼的電泳等涂裝工藝，起到了環(huán)保作用。因此，采用高 強(qiáng)不銹鋼來(lái)制作汽車車架和零部件是提升車身使用壽命和降低全生命周期成本的最佳選 擇。
[0003] 目前，市場(chǎng)上的高強(qiáng)不銹鋼有AISI304、AISI301、AISI201等經(jīng)過(guò)冷加工手段獲得 的加工硬化型高強(qiáng)不銹鋼?，F(xiàn)有高強(qiáng)不銹鋼制造均利用亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼的形變誘導(dǎo)馬 氏體原理，通過(guò)冷變形來(lái)提高材料的強(qiáng)度。但是這些鋼種在采用冷加工方式強(qiáng)化后會(huì)產(chǎn)生 大量的形變馬氏體和殘余應(yīng)力。同時(shí)在后續(xù)制作復(fù)雜零部件的冷變形過(guò)程中，亞穩(wěn)態(tài)奧氏 體不銹鋼會(huì)進(jìn)一步有形變誘導(dǎo)馬氏體和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，以及塑形的降低，這一方面影響 了進(jìn)一步成型的進(jìn)行，特別是復(fù)雜零部件的成型；另一方面，大量的形變馬氏體導(dǎo)致的殘余 應(yīng)力增加了材料延遲開裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004] 采用形變誘導(dǎo)馬氏體鋼-高強(qiáng)奧氏體不銹鋼的難點(diǎn)在于如何克服以上兩個(gè)難點(diǎn)， 而關(guān)于形變誘導(dǎo)馬氏體不銹鋼型的高強(qiáng)不銹鋼在后續(xù)成型工藝中如何減少形變馬氏體含 量和降低殘余應(yīng)力的產(chǎn)生方法，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有相關(guān)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼及制造方法 和溫成型方法，該高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼為一種亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼，其微觀組織為奧氏體 +形變馬氏體的復(fù)相組織，其中馬氏體體積分?jǐn)?shù)為〇. 75~30%，最終滿足抗拉強(qiáng)度達(dá)到 800~1600MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)到13~40%。通過(guò)溫成型工藝后，獲得復(fù)雜成型的產(chǎn)品，該產(chǎn)品 具有良好耐蝕性，高強(qiáng)度以及良好的抗延遲開裂能力，滿足汽車輕量化，高安全性能，耐蝕 性良好等要求，特別適用于汽車車架以及汽車零部件。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分重量百分比為：C :0. 04~ 0· 14%，Si :0· 2 ~0· 6%，Mn :2 ~12%，Cr :12 ~18%，Ni :0· 5 ~6. 5%，P 彡 0· 03%， S彡0· 02%，N :0· 05~0· 25%，Cu :0~2%，還含有Mo, Nb，Ti中一種或者多種，其中， 0彡Nb+Ti彡2%，Mo彡2%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)，且上述元素同時(shí)需滿足如下關(guān)系： 20. 5 彡 W(Ni)eq 彡 25. 5,其中，W(Ni)eq = W(Ni)+0. 65W(Cr)+0. 98W(Mo)+l. 05W(Mn)+0. 35 W (Si) +12. 6W (C) +0· 03 (T-300)，T 為（室溫 +273. 15)。
[0008] 進(jìn)一步，所述高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼的微觀組織為奧氏體+形變馬氏體的復(fù)相組 織，其中，馬氏體體積分?jǐn)?shù)為〇. 75~30 %。
[0009] 所述高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼的抗拉強(qiáng)度為800~1600MPa，伸長(zhǎng)率為13~40%。
[0010] 本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計(jì)中：
[0011] C :C是強(qiáng)烈形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，C對(duì)室溫下形成奧氏體組織起到重 要作用。但是C含量太高會(huì)降低不銹鋼的塑形，而且對(duì)不銹鋼的耐蝕性不利。因此，本發(fā)明 控制C含量為0. 04~0. 14%。
[0012] Si :Si在低鎳奧氏體不銹鋼的冶煉過(guò)程中作為脫氧劑加入，因此，為了控制鋼種 的總氧含量，鋼中必須具有一定的還原Si含量。但Si又是鐵素體形成元素，為了確保不 銹鋼在室溫下為單相奧氏體組織，Si的含量必須加以限制，本發(fā)明控制Si含量為0. 2~ 0· 6%〇
[0013] Mn :Mn是較弱的奧氏體形成元素，但在不銹鋼中是強(qiáng)烈的奧氏體組織穩(wěn)定元素， 并能提高N在鋼中的溶解度。在節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼中，Mn與鋼中C、N等元素復(fù)合作用， 部分取代Ni在奧氏體不銹鋼中的作用，但Mn對(duì)奧氏體不銹鋼的耐蝕性有著負(fù)面影響，因此 Mn含量不能太高，本發(fā)明控制Mn含量為2~12%。
[0014] Cr :Cr是不銹鋼中最重要的合金元素，是獲得不銹鋼耐蝕性的重要保證，Cr含量 不能太高，主要是因?yàn)镃r是鐵素體形成元素，本發(fā)明的Cr含量為12~18%。
[0015] Ni :Ni是形成和穩(wěn)定奧氏體相最重要的元素，并且還可以增強(qiáng)不銹鋼抗還原酸的 能力，并提高不銹鋼的加工性能，提高沖擊韌性的作用。但是由于Ni為貴金屬，可以根據(jù)不 同汽車部件的要求不同，設(shè)計(jì)含量不同，本發(fā)明根據(jù)汽車部件的要求不同，控制Ni含量為 0· 5 ~6. 5%〇
[0016] N :N在不銹鋼中是非常強(qiáng)烈地形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素。N在不銹鋼中除 了可以替代貴金屬Ni外，還可以在不明顯降低材料塑形和韌性的前提下，明顯地提高材料 的強(qiáng)度、不銹性和耐蝕性，并且延緩不銹鋼中碳化物的析出。但是由于N在不銹鋼中的溶解 度有限，為了避免不銹鋼在凝固過(guò)程中出現(xiàn)氣泡，N含量必須與其它合金元素的含量匹配以 確保N固溶態(tài)存在，因此，本發(fā)明控制N含量為0. 05~0. 25%。
[0017] Cu :提高Cu含量，會(huì)導(dǎo)致不銹鋼的熱加工性能變差，但是Cu可以提高不銹鋼的冷 加工性能，在低于1點(diǎn)0~40°C的范圍內(nèi)可以進(jìn)行溫成型，形變馬氏體含量不明顯增加，因 此本發(fā)明控制Cu含量為0~2%。
[0018] Mo, Nb，Ti :這三者合金主要是為了提高材料的耐蝕性，因此根據(jù)部件對(duì)耐蝕性的 要求不同，添加其中的一種或者幾種。
[0019] Nieq :當(dāng)鎳當(dāng)量（Nieq) > 25. 5時(shí)，奧氏體組織處于穩(wěn)定狀態(tài)，不銹鋼在控制乳制 過(guò)程中不會(huì)誘發(fā)馬氏體相變，不能得到高強(qiáng)不銹鋼。當(dāng)鎳當(dāng)量< 20. 5時(shí)，不銹鋼在控制乳 制時(shí)及其容易產(chǎn)生誘發(fā)馬氏體相變，塑形急劇降低，不利于控制乳制的進(jìn)行。
[0020] 本發(fā)明所述的800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼的制造方法，其包括如下步 驟：按上述化學(xué)成分冶煉、澆鑄；然后，熱乳、熱乳后退火+酸洗，或熱乳、熱乳后退火+酸 洗、冷乳、冷乳后退火+酸洗；再進(jìn)行室溫乳制，控制乳制總壓下量為10~40%。
[0021] 當(dāng)亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼成分確定時(shí)，調(diào)整不同的室溫乳制壓下量，可以得到不同 強(qiáng)度級(jí)別的高強(qiáng)不銹鋼。在本發(fā)明在室溫下當(dāng)總壓下量控制在10~40%范圍內(nèi)，可以得到 抗拉強(qiáng)度為800~1600MPa，伸長(zhǎng)率為13~40%的高強(qiáng)不銹鋼板材。
[0022] 本發(fā)明通過(guò)上述化學(xué)成分設(shè)計(jì)獲得一種亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼，利用其在冷形變的 條件下可以獲得形變誘導(dǎo)馬氏體以提高材料強(qiáng)度的原理，獲得奧氏體+形變馬氏體的復(fù)相 組織，其中馬氏體體積分?jǐn)?shù)為〇. 75~30 %，當(dāng)馬氏體含量超過(guò)30 %，容易發(fā)生延遲開裂；馬 氏體體積分?jǐn)?shù)小于0. 75 %時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)不到800Mpa。
[0023] 本發(fā)明所述800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼的溫成型方法，其包括如下步 驟：將上述制備的高強(qiáng)奧氏體不銹鋼加熱到150~500°C，保溫0. 5~lOmin，然后在成型溫 度T : (Md-40) °C彡T彡500°C條件下進(jìn)行輥成型、輥成型、彎管、沖壓等成型工藝，制造出抗 拉強(qiáng)度為800~1600MPa，伸長(zhǎng)率13~40%的復(fù)雜成型的高強(qiáng)度不銹鋼產(chǎn)品。
[0024] 進(jìn)一步，所述800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼的Md3。多-30 °C且 120彡MdS 200°C，其中，M d3。為變形30 %，誘發(fā)50 %馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度，M d3。= 413-9. 5W (N i)-13.7W(Cr)-8. lW(Mn)-9.2W(Si)-18.5W(Mo)-462[W(C)+W(N))] } °C，MdS形變誘導(dǎo)馬氏 體轉(zhuǎn)變的溫度。
[0025] 所制造得到的復(fù)雜成型的高強(qiáng)度不銹鋼產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度為800~1600Mpa，伸長(zhǎng) 率為13~40%。
[0026] 本發(fā)明通過(guò)調(diào)整上述800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度不銹鋼的化學(xué)成分，保證同時(shí)滿足 Md3。多-30°C且120彡MdS 200°C，在成型溫度（Md-40)°C彡T彡500°C之間采用輥成型、折 彎、沖壓等熱成型的方法，可以實(shí)現(xiàn)溫成型要求。Md要求控制在120~200°C之間，當(dāng)M d= 120°C，（Md-40)°C= 80°C為溫成型的下限溫度，在80°C成型時(shí)，馬氏體含量不明顯增加，在 低于80°C成型時(shí)，馬氏體含量急劇增加，塑形急劇下降；Md= 200°C時(shí)會(huì)使溫成型的上限溫 度超過(guò)500°C，這也是基于鋼在％> 200°C時(shí)的冷卻速度較快，不利于大生產(chǎn)的控制，在輥 成型等熱成型過(guò)程中，鋼的Md超過(guò)200°C，對(duì)潤(rùn)滑油也會(huì)有特殊要求。當(dāng)通過(guò)理論計(jì)算M d3。 不小于-30°C時(shí)，對(duì)于本發(fā)明實(shí)驗(yàn)得到Md的實(shí)測(cè)范圍為120彡MdS 200°C。
[0027] 本發(fā)明提供的所述800~1600MPa級(jí)高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼的溫成型方法中，要 防止形變馬氏體的逆轉(zhuǎn)變、碳化物的析出以及表面顏色的變化，材料表面加熱溫度控制在 150~500°C，加熱時(shí)間0. 5~IOmin ;成型過(guò)程中，當(dāng)加熱溫度超過(guò)500°C，起到強(qiáng)化作用的 馬氏體會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，高強(qiáng)不銹鋼的強(qiáng)度降低，因此，控制加熱上限為500°C。
[0028] 本發(fā)明將1控制在120~200°C之間，在（Md_40) °C~500°C之間采用輥成型，沖 壓、彎管等成型方法，可以在保持高強(qiáng)不銹鋼原有強(qiáng)度和塑形以及不增加殘余應(yīng)力的前提 下，進(jìn)行較大的變形和制造出復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，而制造的零部件和方管等產(chǎn)品具有抗延遲 開裂的能力。
[0029] 本發(fā)明利用形變誘導(dǎo)馬氏體相變的原理來(lái)滿足高強(qiáng)不銹鋼強(qiáng)度的需求，同時(shí)調(diào)整 合金組成，控制溫成型的溫度范圍，在保持高強(qiáng)不銹鋼原有強(qiáng)度和塑形以及不增加殘余應(yīng) 力的前提下，進(jìn)行較大的變形和制造出復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。