專利名稱：一種熱軋相變誘發塑性鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種合金鋼板及其制造方法。
背景技術：
社會對于車輛減重節能、提高其安全性能的要求日益增長促進了先進高強度鋼(AHSS, Advanced High Strength Steel)在汽車制造領域內的發展。由國際鋼鐵協會(IISI, International Iron & Steel Institute)組織出版的《先進高強度鋼應用指南》(AHSS Application Guidelines)中，將屈服強度在210 550Mpa或抗拉強度在270 700Mpa的鋼種定義為高強度鋼(HSS, HighStrength Steel),屈服強度大于550Mpa或抗拉強度大于700Mpa的鋼種定義為超高強度鋼(UHSS，Ultra High Strength Steel)。定義以 相變強化為特征的多相鋼種(例如，鐵素體+馬氏體雙相鋼DP、鐵素體+貝氏體雙相鋼FB、相變誘發塑性鋼TRIP、復相鋼CP，馬氏體鋼MartP等)為先進的高強度鋼。相變誘發塑性鋼(TRIP-TRansformationInduced Plasticity)因具有高強度、高塑性和優良吸收能等綜合性能，是先進高強鋼中的重要組成。在塑性變形時，鋼材中的奧氏體轉變為馬氏體而產生顯著的加工硬化，并推遲頸縮，使得此類鋼板具有良好的高塑性及優良的成型性，例如，深沖性能、伸延性能、凸緣性能及冷彎性能等。由于此類鋼板具備較高的強度，尤其適合用于制造結構件、加強件、安全件等構件。公開號為CN101550514A，
公開日為2009年10月7日，名稱為“一種熱軋相變誘發塑性鋼板及其制備方法”的中國專利文獻公開了一種熱軋相變誘發塑性鋼板，該鋼板的成分按重量百分比為c O. 18 O. 20%, Mn I. 30 I. 45%, Si O. 60 O. 70%, Al O. 50
O.60%, P彡O. 009%, S彡O. 007%, Nb O O. 040%,余量為Fe及不可避免的雜質。所涉及的制備方法為將低碳硅鋼冶煉成鋼錠，加熱至1200±10°C，鍛造成鋼坯；裝入加熱爐中加熱至1200±10°C，保溫I 2HR，進行粗軋和精軋，空冷至700 760°C，以40 50°C /S的速度加速冷卻，采用卷取機卷取。該技術方案的特點是成分和工藝相對比較簡潔，軋后需要空冷待溫。公開號為CN101942601A，
公開日為2011年I月12曰，名稱為“一種含V熱軋相變誘發塑性鋼的制備方法“的中國專利文獻公開了一種含V熱軋相變誘發塑性鋼的制備方法，該鋼的成分質量百分比為C O. 15 O. 30、SiL O 2. O、Mn I. O 2. O、ΑΚ0. 05、Nb
O.01 O. 08,V O. 05 O. 15、P〈0. 01、S〈0. 01，余量為Fe和其他不可避免的雜質。其制造方法為將此種成分的鋼冶煉成鋼錠，加熱到1150±10°C，鍛造成鋼坯一種方法是將鋼坯加熱到1220±10°C保溫I小時后，進行粗軋和精軋，精軋后先以30°C /s的冷速水冷至710 760°C后在740°C的保溫爐中保溫3分鐘，再空冷到至670 690°C，隨后以約50°C /s的冷速水冷至400 450°C，最后模擬卷取；另一種方法是將鋼坯加熱到1150±10°C保溫I小時后，進行粗軋和精軋，最后一道次的軋制溫度在740 760°C，隨后以約50°C /s的冷速水冷至400 450°C，最后模擬卷取。該技術方案的特點是鋼材中含有一定量的微合金元素Nb、V。
公開號為CN102383059A，
公開日為2012年3月21日，名稱為“一種熱軋相變誘發塑性鋼及其制備方法”的中國專利文獻公開了一種熱軋相變誘發塑性鋼，其組分(重量百分比)為C:0. 05 O. 4%, Si:。· I O. 5%, Mn: I 2%, Cr:O. I I. 5%, Ni: ^ I. 5%,Al: ^ O. 06,N: < O. 01%,其余為Fe和不可避免的雜質,制造方法冶煉成鋼還后,經過熱軋后熱處理；首先在950°C保溫30 60分鐘，然后空冷至750 800°C，保溫30 60分鐘；然后鹽浴淬火處理，在400-50(TC保溫20 120分鐘，然后卷板，空冷至室溫。該技術方案中加入了貴重合金元素如Cr、Ni，且需要軋后熱處理。上述專利文獻各自有各自的特點，成分除C、Si、Mn主要元素之外，基本上都添加了微合金元素或者貴重合金元素。軋后工藝有空冷待溫，分段冷卻(中間需保溫爐保溫)或低溫終軋，或者利用軋制后再熱處理形成需要的組織和性能
發明內容
本發明的目的在于提供一種熱軋相變誘發塑性鋼板，該鋼板通過合理的成分設計并配合以改進的工藝技術，使得鋼板具有較低的屈強比、較高的延伸率、較好的成形性、較大的強度、良好的高塑性能和優良的吸收性能。為達到上述發明目的，本發明提供了一種熱軋相變誘發塑性鋼板，其微觀組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體，且其化學元素質量百分含量為C :O. 175 O. 215%，Si :1. 50 2. 00%，Mn : I. 60 2. 00%，Al :0. 015 O. 040%，K O. 006%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板，通過控制相變組織類型從而獲得所需要的鋼板性能，即控制鋼板最終微觀組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體的三相復合微觀組織，以使鋼板具有良好的塑性和優良的成型性，原因在于當鋼板產生塑性變形時，奧氏體轉變為馬氏體會產生顯著加工硬化，并推遲鋼板頸縮使得鋼板在成型時具有高塑性。本技術方案所涉及的各化學元素對于本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板所產生的影響及設計原理如下碳碳是確保鋼板組織和強度的關鍵元素。對于要獲得鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體復合組織的鋼板而言，碳含量非常關鍵，當碳太低時，不利于在最終微觀組織中獲得殘余奧氏體，當碳太高時，不利于在最終微觀組織中形成鐵素體。因此，本發明中將碳含量控制為 O. 175 O. 215%。硅硅對于相變誘發塑性鋼板而言是一個關鍵的合金元素。硅能促進鐵素體在相變誘發塑性鋼的最終微觀組織內的形成。另外，硅是廉價的合金元素，添加一定含量的硅并不會對生產成本造成很大的影響，但是硅元素的含量還需要綜合考慮本技術方案的制造方法中軋后冷卻工藝參數來予以確定。因此，本發明采用較高的硅含量提高強度和促進先共析鐵素體的形成，故將硅含量的范圍設計為I. 50 2. 00%。錳錳是穩定奧氏體組織與強化合金元素，其能力僅次于合金元素鎳，也是相對廉價的合金元素。同時錳能增加鋼的淬透性，降低貝氏體和馬氏體形成的臨界冷速，能有效降低軋后分段冷卻中第一段水冷的冷卻速度，這樣便利于在最終微觀組織中得到貝氏體或者馬氏體組織。但是錳具有較高的偏析傾向，故其在鋼板中的含量也不能太高，一般低碳微合金鋼中錳含量不超過2. 0%。在鋼板中含有鋁元素的情況下，錳還可以和鋁元素共同起到脫氧的作用。此外，由于錳的加入量主要取決于鋼的強度級別，所以本發明錳的含量應控制在
I.60 2. 00%ο鋁鋁為強脫氧元素。脫氧后多余的鋁和鋼中的氮元素能形成AlN析出物，提高強度并且在熱處理加熱時能細化鋼的元素奧氏體晶粒度。然而，為了保證鋼中的氧含量盡可能的低，鋁的含量應控制在合適范圍，即O. 015 O. 040%。氮氮是鋼中殘余的氣體元素，其在鋼中會和Al及微合金元素Nb、Ti、V等形成氮 化物，提高強度，但會損害鋼的韌性。本發明中未添加微合金元素，故不利用N的析出強化，主要利用相變強化及復相組織獲得高強度和高塑性。因此，本發明要求氮含量< 0.006%。在成分設計方面，本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板不添加貴重的合金或微合金元素，重點考慮C、Si和Mn元素在熱軋相變誘發塑性鋼板鋼的作用，通過制造方法中的軋后分段冷卻的控制以使鋼板獲得鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體的三相復合微觀組織。相應地，本發明還提供了該熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其包括冶煉、鑄造、加熱、軋制、冷卻和卷取，以獲得鋼板的微觀組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體；所述冷卻步驟采取水冷一空冷一水冷分段式進行，其中第一段水冷速度> IOO0C /S，第二段空冷溫度控制在710 750°C，空冷時間為4 6s，第三段水冷速度彡75°C /s，終冷溫度控制在350 400°C，然后在終冷溫度卷取。在制造工藝方面，本技術方案在采用合理成分設計的前提下，特別控制軋后分段冷卻工藝流程，即水冷-空冷-水冷，并在冷卻時嚴格控制冷卻速度和冷卻溫度，這是使得熱軋相變誘發塑性鋼板的最終微觀組織形成鐵素體+島狀貝氏體+殘余奧氏體三相復合組織的關鍵所在，采用該方法實現了鋼板的細晶強化及相變強化的效果，提高了鋼板的強度、硬度和成形性能等綜合力學性能。在上述熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法中，鑄造步驟可以為連鑄也可以為模鑄，但是在模鑄后需進行初軋制成鋼坯。進一步地，在上述加熱步驟中，將板坯加熱至1150 1200°C。將加熱溫度控制在1150至1200°C的范圍之間是為了獲得均勻的奧氏體化組織。進一步地，在上述軋制步驟中，進行多道次軋制，控制軋制總壓下率彡75%，且終軋溫度820 860°C。在奧氏體再結晶和未再結晶溫度范圍內多道次軋制鋼板是因為隨著變形量的加大，鋼的晶粒能得到顯著細化，多道的累積變形量加大，導致隨后相變組織中鐵索體數量增多，鐵素體晶粒細化，相應地提高了鋼板的強度且改善了鋼板的韌性。更進一步地，在上述熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法中，卷取后的鋼板空冷。較之于現有技術，本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板微觀組織為鐵素體+島狀貝氏體+殘余奧氏體三相復合微觀組織，其具有如下優點(I)本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板具有較低的屈強比、較高的強度、較高的延伸率、較好的成形性、優良的塑性和良好的能量吸收性能，因此廣泛適用于汽車行業中結構件、加強件及安全件等構件的生產制造；
(2)本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板幾乎不添加貴金屬，生產成本低；(3)本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法相對簡單。
圖I顯示了本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法中，主要工藝步驟與溫度的關系。圖2顯示了本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板實施例3的微觀組織。圖3顯示了本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板實施例5的微觀組織。
具體實施例方式下面將根據具體實施例和說明書附圖對本發明的技術方案作進一步說明，但是具 體實施例和相關說明并不構成對于本發明所述技術方案的不當限定。實施例1-5按照下述步驟制造本發明所述的熱軋相變誘發塑性鋼板I)冶煉和真空脫氣處理，控制各化學元素的配比如表I所示；2)連鑄；3)加熱將板坯加熱至1150 1200°C ;4)軋制進行多道次軋制，控制總壓下率> 75%，且終軋溫度820 860°C，軋制成厚度為2-5mm的鋼板；5)冷卻分段冷卻，第一段水冷速度> IOO0C /s，第二段空冷溫度控制在710 750°C，空冷時間4 6s，第三段水冷速度彡750C /s ；6)卷取卷取溫度為350 400°C ；7)空冷將卷取后的鋼板空冷至室溫。表I實施例1-5中的熱軋相變誘發塑性鋼板的各化學元素的質量百分配比(wt. %，余量為Fe和其他不可避免的雜質)
--化$ 兒素(wl.% )I
I V-' IJ /~j -1-1-
C SiMn AlN
實施例 I 0.1751.752.000.0350.0038實施例 2 0.1951.951.850.0350.0040 實施例 3 0.2002.001.750.0330.0041 實施例 4 0.2051.961.600,0400,0045 實施例 5 0.2151.501.850.0150.0039表2顯示了實施例1-5中熱軋相變誘發塑性鋼板的具體制造工藝參數。表 權利要求
1.一種熱軋相變誘發塑性鋼板，其特征在于，其微觀組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體，且其化學元素質量百分含量為C :0. 175 0. 215%,Si :1. 50 2. 00%,Mn :1. 60 2. 00%,Al :0. 015 0. 040%, K 0. 006%, 余量為Fe和其他不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其特征在于，包括步驟冶煉、鑄造、加熱、軋制、冷卻和卷取，以獲得鋼板的微觀組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體；所述冷卻步驟采取水冷一空冷一水冷分段式進行，其中第一段水冷速度> IOO0C /s，第二段空冷溫度控制在710 750°C，空冷時間為4 6s，第三段水冷速度彡75°C /s，終冷溫度控制在350 400°C，然后在終冷溫度卷取。
3.如權利要求2所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其特征在于，在加熱步驟中將板坯加熱至1150 1200。。。
4.如權利要求2所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其特征在于，在軋制步驟中進行多道次軋制，控制總壓下率彡75%，且終軋溫度820 860°C。
5.如權利要求2所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其特征在于，所述鑄造步驟采用連鑄。
6.如權利要求2所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其特征在于，所述鑄造步驟采用模鑄，模鑄后的鑄坯初軋為鋼坯。
7.如權利要求2所述的熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法，其特征在于，卷取后的鋼板空冷。
全文摘要
本發明公開了一種熱軋相變誘發塑性鋼板，其微觀組織為鐵素體+島狀貝氏體+殘余奧氏體復合組織，且其化學元素質量百分含量為C0.175～0.215%，Si1.50～2.00%，Mn1.60～2.00%，Al0.015～0.040%，N≤0.006%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。相應地，本發明還公開了該熱軋相變誘發塑性鋼板的制造方法。該熱軋相變誘發塑性鋼板具有較高的強度，較高的延伸率，較好的成形性和優良的塑性性能。
文檔編號C22C38/06GK102965569SQ20121048519
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者張愛文 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司