專利名稱：一種1000MPa級別的高強塑積汽車用鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域內的鋼種及其制造方法，尤其涉及一種汽車用鋼及其制造方法。
背景技術：
隨著汽車“輕量化”需求的日益增長，超高強度鋼板越來越多地被應用到汽車結構件中。目前用量較大的鋼板有雙相鋼、馬氏體鋼、TRIP鋼、復相鋼等，它們的強塑積(表征鋼的強韌性水平的綜合性能指標，是鋼的抗拉強度與總伸長率的乘積)最大約為20GPa%左右。·例如強塑積最佳的TRIP鋼，其強度級別為800MPa時，其延伸率約為26%，而超高強馬氏體鋼，在抗拉強度達到IOOOMPa級別時，其延伸率僅為10%左右，這樣就不能滿足汽車領域對于汽車安全性能中強度和制造過程中成形性的雙重要求。上世紀末，人們相繼開發了高強塑積的奧氏體鋼和TWIP鋼，其抗拉強度為80(Tl000MPa，延伸率高達60%，強塑積最高可達到60GPa%級別，被稱為第二代汽車用鋼。但是第二代汽車用鋼中加入了大量的合金元素，導致生產成本較高，同時其可制造性較差，使得第二代汽車用鋼在推廣過程受到極大的限制。目前，強塑積大于30GPa%，兼具高強度和高延伸率，生產成本較低的第三代汽車用鋼受到了廣泛的關注。其中，中錳鋼屬于第三代汽車用鋼，具有極好的應用前景。公開號為CN101638749A的中國專利文獻公開了一種低成本高強塑積的汽車用鋼及其制造方法，該技術方案通過冶煉、熱軋、罩式爐退火、冷軋和罩式爐退火的工藝路線得到了強塑積為35 55GPa%的冷軋鋼板。為了實現逆奧氏體相變，得到足夠的奧氏體體積分數，冷軋后采用罩式爐退火，其退火時間為廣10小時。該技術方案采用了罩式爐生產工藝，罩式爐退火時鋼卷頭部和尾部的溫差較大。目前，強度級別為IOOOMPa的超高強鋼在汽車結構件的應用越來越廣泛。其中，第一代汽車用鋼抗拉強度達到IOOOMPa以上時，延伸率均小于15%。隸屬于第三代汽車用鋼的QP鋼還未應用于汽車的設計和生產，其抗拉強度為IOOOMPa以上時，延伸率也不足20%。另一方面，目前超高強汽車用鋼均采用連續退火工藝生產，才能保證鋼卷性能的均勻，滿足下游汽車零部件生產線的要求。與傳統的罩式爐退火工藝相比，連續退火工藝具有成品性能均勻，生產效率高，單位能耗低，生產成本低等特點。各鋼廠的連續退火線設計不盡相同，但總的說來，當退火時間大于IOmin后，已不能實現工業化連續退火生產。因此，如何選擇合適的成分體系，根據不同的成分體系選取適合的生產工藝，以達到縮短成品產出前的最終退火工序的時間，使中錳鋼的生產適用于目前常規的汽車用鋼生產線是降低中錳鋼的生產成本，提高其市場競爭力和中錳鋼能夠應用于汽車領域的關鍵。
發明內容
本發明的目的在于提供一種IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼及其制造方法，該高強塑積度汽車用鋼的抗拉強度應大于lOOOMPa，強塑積應當不小于30GPa%，適用于制造汽車結構件。為了達到上述目的，本發明提供了一種高強塑積汽車用鋼，其化學元素質量百分含量控制為c 0. 11% 0. 30%, Si :0. 1% 2. 0%，Mn 5% 10%，P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%, Al 0. 01% 2. 0%，N^O. 02%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。優選地，所述高強塑積汽車用鋼還包括Nb :0. 01 0. 07wt%, Ti :0. 02 0. 15wt%,V 0. 10 0. 20wt%, Cr :0. 15 0. 50wt%, Mo :0. 10 0. 50wt% 中的至少一種。本發明所述的高強塑積汽車 用鋼的成分設計原理如下碳碳是鋼中固溶強化的主要元素，對鋼板的強度、成形性能和焊接性能影響很大。發明人通過大量試驗發現，對于本技術方案來說，當碳元素含量低于0.11%時，鋼的強度較低；當碳元素含量高于0.3%時，鋼的性能會產生惡化。因此本發明確定碳含量為0. 11% 0. 3%。硅硅是煉鋼脫氧的必要元素。硅不僅具有一定的固溶強化作用，還具有抑制碳化物析出的作用。在本技術方案中，當硅含量低于0. 1%時，難以獲得充分的脫氧效果，此外適量的硅元素具有阻止滲碳體析出的作用，能夠促進逆馬氏體相變的發生。但是發明人發現，當硅含量高于2. 0%時，繼續增加硅元素的含量，其作用不再明顯，還會造成鋼種制造成本的增加。故本發明的硅含量為0. 19T2. 0%。錳錳是擴大奧氏體相區的元素，經過熱處理的錳的擴散可提高奧氏體含量和奧氏體的穩定性。在本發明中，錳是控制逆馬氏體轉變的尺寸、分布和穩定性的主要元素。錳含量小于5%時，在室溫下難以得到足夠含量的奧氏體；猛含量大于10%時，室溫下會得到部分e馬氏體，對性能產生不利影響。為了保證鋼的強度和韌性，本發明的錳含量應控制在5. 0% 10. 0%。鋁鋁在煉鋼過程中具有脫氧的作用，鋁的添加是為了提高鋼水的純凈度。此外，鋁還能固定鋼中的氮，并與氮形成穩定的化合物，有效細化晶粒。同時，鋼中添加鋁具有阻止滲碳體析出、促進逆馬氏體相變的作用。綜合考慮，發明人將鋁含量限定在0. 019T2. 0%。鈮鈮能夠有效延遲變形奧氏體的再結晶，阻止奧氏體晶粒的長大，提高奧氏體再結晶溫度，細化晶粒。同時鈮還能提高升鋼材質的強度和延伸率。當鈮含量小于0.01%時，不能起到相應的效果。但鈮含量大于0.07%時，使生產成本上升，且效果不再顯著。因此本發明中鈮含量為0. 01% 0. 07%。鈦鈦能與碳形成細小的復合碳化物，不僅能阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒，還能起到沉淀強化的作用，在提高鋼強度的同時并不降低延伸率和擴孔率。但鈦含量高于
0.15%時，增加其含量的效果并不顯著；Ti含量低于0. 02%時，不產生細化晶粒和沉淀強化效應。因此本發明中鈦含量為0. 02% 0. 15%。釩釩的作用是形成碳化物，提高鋼的強度。但釩含量大于0. 20%時，再增加其含量效果并不顯著；釩含量小于0.10%時，沉淀強化效果不顯著。因此本發明中釩含量限定為
0. 10% 0. 20%O鉻和鑰鉻和鑰有助于軋制時奧氏體晶粒的細化和細小貝氏體的生成，提高鋼的強度。當其添加量小于0. 15%時，上述效果不明顯，當鉻和鑰的添加量超過0.5%時，會提高鋼種制造成本，可焊性明顯降低。因而，在本發明中將鉻和鑰含量都限定在0. 15% 0. 5%。磷、硫、氮這三種元素在本發明中屬于雜質元素，這些元素含量越少，所獲得的鋼質越純凈。因此，含量應盡可能地低。相應地，本發明還提供了上述高強塑積汽車用鋼的制造方法，其工藝流程為冶煉—鑄造一熱軋一卷取一罩式爐退火一冷軋一連續退火。進一步地，所述熱軋步驟為將冶煉后的鋼坯加熱到1100 1250°C之后進行控制軋制，開軋溫度為950 1150°C，終軋溫度為750 900°C。進一步地，所述罩式爐退火步驟為退火溫度為600 700°C，時間不小于15小時。進一步地，所述冷軋步驟中控制冷軋壓下率不小于55%。進一步地，所述連續退火步驟為以大于5° C/s的速度升溫至600 700°C，保溫3 IOmin,以大于5° C/s速度冷卻至500°C以下,保溫3 IOmin后,冷卻至室溫。
進一步地，所述卷取和罩式爐退火步驟之間還有酸洗步驟。在本技術方案中，鋼板或鋼帶在熱軋和冷軋后得到全馬氏體組織，在隨后的退火過程中(退火溫度介于Acl和Ac3溫度之間)促使逆馬氏體相變，形成部分奧氏體，由于C和Mn元素的配分和富集，奧氏體可以在室溫下穩定存在，應力作用下奧氏體會發生應力/應變誘發馬氏體相變，使得鋼板或鋼帶在極高的強度下得到極高的延伸率，其強塑積高達30GPa%以上。在本技術方案中，熱軋后得到的組織為馬氏體，由于馬氏體強度高，且較脆，因此必須進行一次罩式爐退火，使鋼板或鋼帶軟化才能進行冷軋，冷軋工序完成后，奧氏體在軋制過程中轉變為馬氏體。冷軋后進行連續退火，與罩式爐退火相比，連續退火生產的鋼板或鋼帶性能均勻，生產效率高。另外需要說明的是，在本技術方案中，發明人通過控制罩式爐退火時間不小于15h，以及冷軋壓下量不小于55%，使得連續退火時間縮短至IOmin以下，這是因為I.罩式爐退火的時間是錳元素充分擴散的關鍵，在本技術方案中，控制罩式爐退火時間不小于15h能夠使得錳元素充分擴散至奧氏體，提高了奧氏體的穩定性，罩式爐退火過程中錳的充分富集可有效的減少連續退火時間；2.控制冷軋變形量不小于55%可使得連續退火過程中，馬氏體向奧氏體轉變的形核率增加，晶粒尺寸減小，晶粒尺寸減小具有縮短合金元素擴散距離的作用，可減少連續退火時間，同時，晶粒尺寸的減小也具有穩定奧氏體、提高鋼的延伸率和強塑積的作用。采用本發明所述的技術方案制造的高強塑積汽車用鋼的抗拉強度大于lOOOMPa，強塑積高于30GPa%，滿足制造汽車結構件的要求。
具體實施例方式按照下述步驟制造本發明所述的高強塑積汽車用鋼(I)將如表I所示配比的化學元素進行冶煉，冶煉采用轉爐(也可以采用電爐或感應爐);(2)連鑄生產鑄坯；(3)熱軋將鑄坯加熱到110(Tl25(TC后控制軋制，開軋溫度為95(Tll50°C，終軋溫度為75(T900°C，熱軋板厚度不大于8mm ；(4)軋后在50(T700°C進行卷取，冷卻至室溫后組織為全馬氏體組織；(5)酸洗以去除熱軋過程中產生的氧化鐵皮；
(6)罩式爐退火退火溫度為60(T700°C，介于Acl和Ac3溫度之間，退火時間不小于15小時，退火后得到部分奧氏體組織；(7)冷乳將鋼卷冷乳至2. 5mm以下的厚度，冷乳壓下量彡55% ；(8)連續退火以大于5°C /s速度升溫至60(T700°C，保溫3 lOmin，以大于5°C /s速度冷卻至過時效溫度(500°C以下)，保溫3 10min后冷卻至室溫。表I. (wt%)
權利要求
1.一種IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼，其特征在于，其化學元素質量百分含量為 C :0. 11% 0. 30%, Si :0. 1% 2. 0%，Mn 5% 10%，P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%, Al :0. 01% 2.0%，N^O. 02%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼，其特征在于，還包括Nb0. 01 0. 07wt%, Ti 0. 02 0. 15wt%, V :0. 10 0. 20wt%, Cr :0. 15 0. 50wt%,Mo :0. 10 0. 50wt%中的至少一種。
3.如權利要求I或2所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征在于，依次包括下列步驟冶煉一鑄造一熱軋一卷取一罩式爐退火一冷軋一連續退火。
4.如權利要求3所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征在于，熱軋步驟為將冶煉后的鋼還加熱到1100 1250°C之后進行控制軋制,開軋溫度為950 1150°C，終軋溫度為750 9000C o
5.如權利要求3所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征在于，罩式爐退火步驟為退火溫度為600 700°C，時間不小于15小時。
6.如權利要求3所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征在于，冷軋步驟中控制冷軋壓下率不小于55%。
7.如權利要求3所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征在于，所述連續退火步驟為以大于5°C /s的速度升溫至600 700°C，保溫3 lOmin，以大于5°C /s速度冷卻至500°C以下,保溫3 IOmin后,冷卻至室溫。
8.如權利要求3所述的IOOOMPa級別的高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征在于，所述卷取和罩式爐退火步驟之間還有酸洗步驟。
全文摘要
本發明公開了一種1000MPa級別的高強塑積汽車用鋼及其制造方法，該汽車用鋼的化學成分的質量百分含量配比為C0.11%～0.30%，Si0.1%～2.0%，Mn5%～10%，P≤0.02%，S≤0.02%，Al0.01%～2.0%，N≤0.02%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。相應地，本發明還公開了該汽車用鋼的制造方法，其步驟為冶煉→鑄造→熱軋→卷取→罩式爐退火→冷軋→連續退火。本發明所述的高強塑積汽車用鋼的抗拉強度大于1000MPa，強塑積≥30GPa%，具有高強度和高延伸率，制造方法簡單易控，適用于鋼鐵企業常規化、批量化生產。
文檔編號C22C38/06GK102758133SQ201210261920
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者張玉龍, 洪繼要, 王利, 王 華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司