專利名稱：抗拉強度1300MPa級汽車安全件用鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及汽車用鋼及其生產方法，具體屬于抗拉強度1300MI^級汽車安全件用鋼及其生產方法。
背景技術：
隨著汽車工業向著節能、環保、安全方向發展，普通高強鋼已不能完全滿足汽車生產的需要，因此，近年來超高強度鋼的開發和應用成為鋼鐵業和汽車工業關注的焦點。試驗證明，采用超高強度鋼可使汽車輕量化的同時降低汽車摩擦噪音、降低排放、提高車身的質量。但是，隨著鋼板強度不斷提高，其延伸率明顯下降、成形性能也大大降低，成形過程中易產生開裂和回彈，嚴重影響零件的形狀和尺寸精度。目前，汽車廠只能沖壓成形 SOOMPa級左右的高強鋼，且存在較大的回彈及零件尺寸達不到要求等問題，對于1300MPa 以上的超高強度鋼根本無法成形。另外，隨著強度的提高，對鋼鐵企業生產設備的要求也越來越高，特別對于冷軋產品，目前國內外能生產1300MI^級以上超高強度鋼的冷軋生產設備基本沒有。因此，為滿足汽車工業發展的需要，新開發了一種冷軋退火態具有較低的強度便于工業生產，通過特殊的熱成形工藝后得到1300MPa以上超高強度的新型汽車用鋼。該產品的成功開發和應用既可解決超高強度鋼無法成形的問題，又可以滿足汽車工業對車身安全件強度和剛度的要求。同時可使零件的厚度減少30%以上，從而實現輕量化目標，降低能耗和排放。在車身設計上既要輕量化又要提高碰撞安全性的一個重要手段就是采用高強度輕量化材料。目前乘用車達到歐洲碰撞4星和5星級水平的車型，在一些安全件中都采用了抗拉強度1300MPa以上的超高強度鋼。但是，如果采用冷成形的超高強度鋼就需要2500噸甚至更大噸位的壓力機才能勉強成形，但成形后的零件尺寸精度差，回彈嚴重，達不到車身裝配的要求；采用超高強度熱成形鋼只需800噸或更小噸位的壓力機即可完成沖壓成形， 成形后的零件尺寸精度高，無回彈。國內目前只有很少的幾個鋼廠和研究院所開展此類產品的研究工作，更多的是開展冷成形超高強度鋼的研究，沒有關于抗拉強度1300MPa級熱成形鋼的文獻報道。[文獻9]申請號為200810112022.1的中國專利“一種超高強度熱成型馬氏體鋼”， 其化學成分組成(重量％ )為C :0. 40% 0. 60%, Si 0. 50% 2. 30%,Mn^O. 25%,Cr 0. 50% 1. 50%, Ni 0. 80% 3. 00%，Mo :0. 15% 0. 40%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 005%,
^ 0. 003%, [N] :0. 002% 0.015%，余為!^e及不可避免的不純物。另外，還添加Nb: 0. 02% 0. 10%, V 0. 02 0. 15%中的任一種或兩種。該鋼是在實驗室條件下采用了大量的合金設計，抗拉強度在1900 2500MPa。[文獻11]申請號為JP02^59861的日本專利“一種生產具有高強度、韌性、延展性的馬氏體鋼”，該熱成形馬氏體鋼含有化學成分(重量％)為C> 0. 005%,Si>0.2%,Mn > 0. 2%，P > 0. 05%，S > 0. 05%，10. 0 21. 0%的 Ni，5. 0 15. 0%的 Co，3. 0 12. 0%的Mo，0. 2 1. 6%的Ti，Al > 0. 30%，剩余為Fe。該鋼加入大量合金，且需要進行多次熱處理。而現有的1300MPa級超高強度冷成形馬氏體鋼，其存在的不足成形難度大，成形后回彈嚴重，零件尺寸精度差，合格率低，不能滿足用戶要求；另外，對工業生產設備要求較高，現有的生產設備無法完成工業生產，必須采用專業的高強鋼生產線才能完成工業生產， 并且在后期汽車廠的落料過程中必須采用大噸位的落料設備才能完成。
發明內容
本發明的目的在于克服目前不足，提供一種屈服強度Rpa2 950 1250MPa，抗拉強度Rm彡1300MPa，延伸率A8tlmm彡4. 5%，能完成復雜變形且無回彈，零件尺寸精度高，中間工序強度低，易加工成型的抗拉強度1300MPa級汽車安全件用鋼及其生產方法。實現上述目的的技術措施抗拉強度1300MPa級的汽車安全件用鋼，其組分及重量百分比為C :0. 12 0. 22%, Si 0. 10 0. 40%, Mn 1. 00 1. 60%, Cr 0. 10 0. 45%, Ti 0. 01 0. 10%, B 0. 0005 0. 005%, Als 0. 01 0. 06%, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 010%, N 彡 0. 008%, 其余為Fe及不可避免的雜質；屈服強度Rpa2在950 1250MPa，抗拉強度Rm彡1300MPa, 延伸率A8tlmm彡4.5%。其特征在于C:0. 15 0. 20%。其特征在于Cr:0. 16 0.22%。其特征在于Ti:0. 015 0. 045%。其特征在于:B0. 002 0. 0035 %。生產抗拉強度1300MPa級的汽車安全件用鋼的方法，其步驟1)鐵水脫硫并進行轉爐冶煉，控制冶煉終點的C :0. 04 0. 06%，P < 0. 008%， S 彡 0. 003%, N 彡 0. 005%, 0 彡 0. 005% 2)進行合金化；3)進行真空處理及成分微調；4)進行連鑄；5)將鑄坯加熱至Ij 1220 1280"C ；6)進行粗軋，控制粗軋出口溫度在1070 1130°C ；7)進行精扎，控制精軋的終軋溫度在870 920°C ；8)進行層流冷卻，控制冷卻速度在8 20°C /秒；9)進行卷取，卷取溫度控制在640 700°C ；10)進行酸洗；11)進行冷軋，總壓下率在60 72% ；12)進行退火，退火溫度控制為710 820°C，控制溫降速度在6 15°C /秒；13)進行平整，控制平整延伸率在1. 0 1. 4%，控制抗拉強度小于700MPa ；14)進行精整；15)進行剪切；16)在氮氣或氮氣與氫氣混合氣的保護氣氛下加熱奧氏體化，加熱溫度為850 950°C，控制保溫時間在3 8分鐘；氮氣與氫氣混合氣中氮氣重量濃度在95 99. 5% ；17)進行模具成型，控制鋼板出爐至置入模具時間不超過5秒；18)進行淬火，控制其冷卻速度在25 60°C /秒；19)進行回火，溫度控制在180 220°C并保持至少10秒鐘；20)取出構件，待用。各合金元素的作用及機理C :C是廉價的固溶強化元素，對超高強度的獲得起決定作用，含量愈高，熱軋后鋼中珠光體或貝氏體、馬氏體含量愈高，強度愈高，同時變形抗力增大，塑性降低，進行冷加工困難。所以在保證熱處理強化的前提下，碳含量不易過高。故將其含量限定在0.12 0. 22%范圍。Si =Si有較強的固溶強化效果，可提高鋼的強度，同時能提高鋼的疲勞極限，但其在一定程度上降低鋼的韌性和塑性。其含量過高時，使鋼的冷脆轉變溫度和時效敏感性提高，惡化冷加工性能。另外硅能提高鋼的淬透性，有減少奧氏體向馬氏體轉變時體積變化的作用；可有效的防止淬火裂紋的產生；在回火時能阻礙碳的擴散，延緩馬氏體分解及碳化物聚集長大的速度，使鋼在回火時硬度下降較慢，顯著提高鋼的回火穩定性及強度。所以， 將其含量限定在0. 10 0. 40%范圍。Mn =Mn起固溶強化作用，同時能清除鋼中的狗0，顯著改善鋼的質量。還能與硫化物生成高熔點的MnS，在熱加工時，MnS有足夠的塑性，使鋼不產生熱脆現象，減輕硫的有害作用，提高鋼的熱加工性能。錳能降低相變驅動力，使“C”曲線右移，提高鋼的淬透性，擴大 Y相區，另它可降低鋼的Ms點，故可保證在合適的冷卻速度下得到馬氏體。所以，將其含量限定在1.00 1.60%范圍。Cr =Cr能降低相變驅動力，也降低相變時碳化物的形核長大，所以提高鋼的淬透性。另外，鉻能提高鋼的回火穩定性。更主要的是Cr能使“C”曲線右移，使試驗鋼在較大的冷卻速度范圍內冷卻均可得到全馬氏體組織，而無珠光體和貝氏體產生。當其含量低于 0. 10%時，上述效果不明顯；當其含量高于0. 45%時，會使鋼的塑性和韌性降低，所以，將其含量限定在0. 10 0. 45%范圍。B =B是強烈提高淬透性元素，鋼中加入微量的硼元素能顯著提高鋼的淬透性。但是其含量低于0. 0005 %，或者高于0. 0050 %，對提高淬透性的作用不明顯。所以，將其含量限定在0.0005 0.005%范圍。另外，Cr和B同時加入鋼中后，可使鋼在較大的冷卻速度范圍內得到全馬氏體組織，且可阻礙奧氏體晶粒長大，從而使鋼獲得細的板條馬氏體，從而實現超高強度的目的。Ti =Ti是強氮化物形成元素，鋼中加入Ti的目的是固定鋼中的N元素，從而避免 N與B元素結合而削弱B在鋼中的作用，但是過量的Ti會與C結合從而降低試驗鋼淬火后的強度。另外，鈦固溶于奧氏體中對鋼的淬透性有一定的貢獻。所以，將其含量限定在 0. 010 0. 100%范圍。Al =Al在鋼中起脫氧作用，應保證鋼中有一定量的酸溶鋁，否則不能發揮其效果， 但過多的鋁也會使鋼中產生鋁系夾雜，且不利于鋼的冶煉和澆鑄。同時鋼中加入適量的鋁可以消除鋼中氮、氧原子對性能的不利影響。故將其含量限定在0. 010 0. 060%范圍。P :P是鋼中的有害元素，易引起鑄坯中心偏析。在隨后的熱連軋加熱過程中易偏聚到晶界，使鋼的脆性顯著增大。同時基于成本考慮且不影響鋼的性能，將其含量控制在 0. 025% 以下。S =S是非常有害的元素。鋼中的硫常以錳的硫化物形態存在，這種硫化物夾雜會惡化鋼的韌性，并造成性能的各向異性，因此，需將鋼中硫含量控制得越低越好。基于對制造成本的考慮，將鋼中硫含量控制在0. 010%以下。N :N在加鈦的鋼中可與鈦結合形成氮化鈦，這種在高溫下析出的第二相有利于強化基體，并提高鋼板的焊接性能。但是氮含量高于0. 008%，氮與鈦的溶度積較高，在高溫時鋼中就會形成顆粒粗大的氮化鈦，嚴重損害鋼的塑性和韌性；另外，較高的氮含量會使穩定氮元素所需的微合金化元素含量增加，從而增加成本。故將其含量控制在0. 008%以下。本發明與現有的1300MI^級超高強度冷成形馬氏體鋼相比，既具有超高強度，滿足汽車工業對車身安全件強度和剛度的要求，又能完成復雜變形，且無回彈，零件尺寸精度高，并且能夠在普通的大生產設備上完成工業生產。
附圖為本發明的金相組織為全馬氏體組織的圖。
具體實施例方式下面進行詳盡描述表1為各實施例的組分及重量百分比取值；表2為按照以下生產步驟所選的主要工藝參數；生產抗拉強度1300MPa級的汽車安全件用鋼的方法，其步驟1)鐵水脫硫并進行轉爐冶煉，控制冶煉終點的C :0. 04 0. 06%，P < 0. 008%， S 彡 0. 003%, N 彡 0. 005%, 0 彡 0. 005% ；2)進行合金化；3)進行真空處理及成分微調；4)進行連鑄；5)將鑄坯加熱至Ij 1220 1280°C ；6)進行粗軋，控制粗軋出口溫度在1070 1130°C ；7)進行精扎，控制精軋的終軋溫度在870 920°C ；
8)進行層流冷卻，控制冷卻速度在8 20°C /秒；9)進行卷取，卷取溫度控制在640 700°C ；10)進行酸洗；11)進行冷軋，總壓下率在60 72% ；12)進行退火，退火溫度控制為710 820°C，控制溫降速度在6 15°C /秒；13)進行平整，控制平整延伸率在1. 0 1. 4%，控制抗拉強度小于700MPa ；14)進行精整；15)進行剪切；16)在氮氣或氮氣與氫氣混合氣的保護氣氛下加熱奧氏體化，加熱溫度為850 950°C，控制保溫時間在3 8分鐘；氮氣與氫氣混合氣中氮氣重量濃度在95 99. 5% ；
17)進行模具成型，控制鋼板出爐至置入模具時間不超過5秒；18)進行淬火，控制其冷卻速度在25 60°C /秒；19)進行回火，溫度控制在180 220°C并保持至少10秒鐘；20)取出構件，待用。表3為各實施例對應的力學性能檢測值。表1本發明鋼的化學成分(wt. % )
權利要求
1.抗拉強度1300MI^級的汽車安全件用鋼，其組分及重量百分比為C:0.12 0. 22%, Si 0. 10 0. 40%, Mn :1. 00 1. 60%, Cr :0. 10 0. 45%, Ti :0. 01 0. 10%, B 0. 0005 0. 005%, Als :0. 01 0. 06%, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 010%, N 彡 0. 008%,其余為狗及不可避免的雜質；屈服強度Rpa2在950 1250MPa，抗拉強度Rm彡1300MPa, 延伸率A8tlmm彡4.5%。
2.如權利要求1所述的抗拉強度1300MI^級的汽車安全件用鋼，其特征在于C: 0. 15 0. 20%。
3.如權利要求1所述的抗拉強度1300MI^級的汽車安全件用鋼，其特征在于Cr 0. 16 0. 22%。
4.如權利要求1所述的抗拉強度1300MI^級的汽車安全件用鋼，其特征在于Ti 0. 015 0. 045% ο
5.如權利要求1所述的抗拉強度1300MPa級的汽車安全件用鋼，其特征在于B 0. 002 0. 0035%。
6.生產權利要求1所述的抗拉強度1300MPa級的汽車安全件用鋼的方法，其步驟1)鐵水脫硫并進行轉爐冶煉，控制冶煉終點的C:0. 04 0. 06%，P 彡0. 008%，S 彡 0. 003%, N 彡 0. 005%, 0 彡 0. 005% ；2)進行合金化；3)進行真空處理及成分微調；4)進行連鑄；5)將鑄坯加熱到1220 12800C；6)進行粗軋，控制粗軋出口溫度在1070 1130°C；7)進行精扎，控制精軋的終軋溫度在870 920°C；8)進行層流冷卻，控制冷卻速度在8 20°C/秒；9)進行卷取，卷取溫度控制在640 700°C；10)進行酸洗；11)進行冷軋，總壓下率在60 72%；12)進行退火，退火溫度控制為710 820°C，控制溫降速度在6 15°C/秒；13)進行平整，控制平整延伸率在1.0 1. 4%，控制抗拉強度小于700MPa ；14)進行精整；15)進行剪切；16)在氮氣或氮氣與氫氣混合氣的保護氣氛下加熱奧氏體化，加熱溫度為850 950°C，控制保溫時間在3 8分鐘；氮氣與氫氣混合氣中氮氣重量濃度在95 99. 5% ；17)進行模具成型，控制鋼板出爐至置入模具時間不超過5秒；18)進行淬火，控制其冷卻速度在25 60°C/秒；19)進行回火，溫度控制在180 220°C并保持至少10秒鐘；20)取出構件，待用。
全文摘要
本發明涉及抗拉強度1300MPa級汽車安全件用鋼及其生產方法。其組分及重量百分比C0.12～0.22％，Si0.10～0.40％，Mn1.00～1.60％，Cr0.10～0.45％，Ti0.01～0.10％，B0.0005～0.005％，Als0.01～0.06％，P≤0.025％，S≤0.010％，N≤0.008％；步驟轉爐冶煉；合金化；真空處理及成分微調；連鑄；將鑄坯加熱到1220～1280℃；粗軋；精扎；層流冷卻；卷取；酸洗；冷軋；退火；平整；精整；剪切；在氮氣保護氣氛下加熱奧氏體化；模具成型；淬火；回火；取出構件，待用。本發明具有超高強度，滿足汽車工業對車身安全件強度和剛度的要求，能完成復雜變形且無回彈，零件尺寸精度高，并能夠在普通的大生產設備上完成工業生產。
文檔編號C22C38/38GK102181790SQ20111011761
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者馮冠文, 葉仲超, 孫方義, 宮貴良, 張曉紅, 田德新, 胡寬輝, 陳宇, 黃成紅, 黎靜 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司