強塑積大于30GPa·%的高Al中錳鋼的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬材料領域，是一種高A1含量的中錳汽車用冷軋鋼板，具體涉及該 低密度鋼的成分設計及制備工藝。
【背景技術】
[0002] 隨著資源、能源和環境問題日益嚴峻，提高汽車的燃油經濟性、節能減排逐漸成為 汽車行業發展的焦點性問題。近些年來，世界各國汽車及鋼鐵企業投入了大量資金，紛紛研 制開發汽車用新型高強度鋼或超高強鋼板，包括馬氏體鋼、CP鋼、DP鋼、TRIP鋼、TWIP鋼等， 通過降低鋼板厚度來降低汽車重量。此外，自2009年以來，國內外也在大力開發以中錳鋼 為代表的第三代汽車用鋼，其強塑積可達30GPa*%。這些鋼具有優良的綜合力學性能，具 有一定的減重潛力。
[0003] 有一種更好的思路是，開發集低密度與高強韌性于一身的鋼板。通過向鋼中添加 一定量的A1元素，在合金成分與成型工藝的調控基礎上，得到具備高強度、良好塑性的新 型汽車用鋼板。這種鋼的優勢在于，在不犧牲汽車結構部件強度的前提下盡量減輕汽車的 自重。Fe-Mn-Al-C系低密度、高強韌鋼室溫下具有奧氏體、奧氏體+鐵素體雙相組織或者奧 氏體+鐵素體+k appa碳化物的多相組織，具有較高的強度、良好的塑性、高的加工硬化率， 變形過程中無屈服平臺現象。相比于其他的先進高強汽車用鋼，低密度、更好的強韌性等特 點使這類鋼具備更大的開發前景與優勢。
【發明內容】
[0004] 本發明正是在中錳鋼的基礎上，加入了較高的A1含量，從而在合理的工藝控制下 開發出了性能優異的低密度高強韌鋼。
[0005] 為實現上述目的采用如下技術方案
[0006] 鋼中化學成分（質量百分比）為：0? 10%~0? 35% C、5. 0%~9. 0% Mn、4. 0%~ 7. 5% Al、P〈0.003%、S〈0.002%，余量為Fe及不可避免雜質。試驗用鋼的密度為7. 10~ 7. 50g/cm3,較純鐵降低5. 0% ~9. 5%。
[0007] 本發明開發了一種強塑積大于30GPa? %的高A1中錳鋼的制備方法，其制備方法 如下：
[0008] (1)根據上述的化學成分進行冶煉，鍛造成矩形板坯；
[0009] (2)將板坯進行組織均勻化處理，加熱溫度為1200°C，保溫2h ;
[0010] (3)板坯在二輥軋機進行多道次熱軋變形，開軋溫度1050~1100°C，終軋溫度保 持在850~900°C，多道次軋制，保證其累計變形量80 %~85%，乳制結束后水冷至600~ 700 °C卷取；
[0011] (4)固溶后鋼板進行冷軋變形，經過多道次軋制變形，累積壓縮量為65~70% ;之 后進行退火處理，在在860~930°C保溫0. 5h后水淬至室溫。
[0012] 本發明冷軋鋼板強塑積可達30~50GPa ? %，符合第三代汽車用鋼（強塑積> 30GPa ? % )的設計要求。
[0013] 本發明具有以下優點
[0014] (1)具有優良的綜合力學性能（高強和良好的塑性），本發明退火處理后鋼板具有 強度與塑性的良好結合，具有很好的碰撞吸收性能。
[0015] (2)相比于第三代汽車用鋼中具有代表性的中錳鋼，本發明采用合理的合金元素 配比，添加了 A1等輕質元素，在保證鋼板優良綜合力學性能的基礎上，降低了鋼板密度，減 重效果明顯。
[0016] (3)相比于高錳TWIP鋼、奧氏體Fe-Mn-Al-C鋼，本發明中合金元素較低，碳當量較 低，成形性能好，利于鋼板進行后續生產與焊接組裝。
[0017] (4)本發明的成分設計中無需添加Cr、Ni、Mo、Nb等貴重合金元素，降低實際工業 生產成本與難度，符合汽車行業輕量化及低成本的客觀需求。
【附圖說明】
[0018] 附圖1是本發明汽車用鋼板制備過程。
[0019] 附圖2是本發明的一種低密度、高強韌汽車用鋼板制備工藝示意圖。
[0020]附圖3是本發明退火后鋼板典型鐵素體+奧氏體雙相組織（金相照片）。
[0021] 具體實施方法
[0022] 合金元素作用簡述如下：
[0023] C元素作為強烈的奧氏體化元素，擴大并穩定奧氏體相區，并起到固溶強化作用， 保證鋼的力學性能。C含量的增加有利于提高鋼中的奧氏體含量，使其獲得良好的強韌性， 但是過高的C含量將影響其焊接性能，不利于汽車焊接組裝。Mn，作為鋼中主要的奧氏體化 合金元素之一，能擴大Y相區，穩定奧氏體組織，同時起到固溶強化作用。A1是鋼中重要的 輕質元素和強烈的鐵素體化元素，可以明顯降低材料密度，并增加鐵素體相含量。一定量的 鋁可顯著提高鋼的熱變形抗力，提高鋼材的耐蝕性，并延遲材料的動態開裂。同時，A1能顯 著提高鋼的層錯能，改變其變形機理。但需要指出的是，在冶煉過程中，A1元素燒損嚴重， 應注意元素的合理配比。P、S均為鋼中的有害元素，易引起鋼材的脆性斷裂，在冶煉過程中 需要嚴格控制鋼中磷、硫的含量。
[0024] 在實驗室環境下冶煉了四爐鋼，其化學成分（質量百分比）如表1所示。
[0025] 表1試驗用鋼化學成分（wt. % )
【主權項】
1. 一種強塑積大于30GPa? %的高Al中錳鋼的制備方法，其特征在于化學成分質量百 分比為：〇? 10%~〇? 35%C、5. 0%~9. 0%Mn、4. 0%~7. 5%Al、P〈0. 003%、S〈0. 002%， 余量為Fe及不可避免雜質，試驗用鋼的密度為7. 10~7. 50g/cm3; 具體制備步驟如下： (1) 根據上述的合金成分體系進行冶煉，并將鑄造坯料鍛造成板坯； (2) 將板坯進行熱軋；加熱溫度為1200°C，保溫進行組織均勻化處理，經多道次軋制變 形，累積變形量在80 %~85 %，卷取溫度600~700°C; ⑶將鋼板進行冷軋：根據軋機能力，經過多道次軋制變形，累積壓縮量為65~70% ; 之后對冷軋鋼板進行退火處理、保溫后水淬至室溫。
2. 根據權利要求1所述的強塑積大于30GPa? %的高Al中錳鋼的制備方法，其特征在 于：步驟（2)所述的熱軋保溫時間為I. 5h;熱軋的開軋溫度為1050~1100°C，終軋溫度為 850~900 °C，卷取溫度為600~700 °C。
3. 根據權利要求1所述的強塑積大于30GPa? %的高Al中錳鋼的制備方法，其特征在 于：步驟（3)所述的冷軋鋼板退火溫度在860~930°C，保溫時間為0. 5h。
4. 根據權利要求1所述的強塑積大于30GPa? %的高Al中錳鋼的制備方法，其特征在 于冷軋鋼板強塑積可達30~50GPa? %，符合第三代汽車用鋼（強塑積> 30GPa? % )的 設計要求。
【專利摘要】一種強塑積大于30GPa·％的高Al中錳鋼的制備方法，屬于金屬材料領域。本發明汽車用鋼板的化學成分質量百分比為：0.10％～0.35％C、5.0％～9.0％Mn、4.0％～7.5％Al、P<0.003％、S<0.002％，余量為Fe及不可避免雜質。本發明的制備工藝步驟包括：原料準備；冶煉澆鑄；鍛造；鋼坯加熱到1200℃保溫1.5h后進行多道次熱軋變形，開軋溫度1050～1100℃，終軋溫度850～900℃，累計變形量在80％～85％，卷取溫度600～700℃；接著進行冷軋變形，累積壓縮量為65％～70％；之后退火處理，在860～930℃保溫0.5h后水淬；試驗用鋼為鐵素體+奧氏體雙相組織，其中鐵素體為基體相，最終獲得高Al含量、高強塑積的新型冷軋汽車用鋼板。本發明冷軋鋼板強塑積可達30～50GPa·％，符合第三代汽車用鋼的設計要求。
【IPC分類】C22C38-06, C21D8-02
【公開號】CN104694816
【申請號】CN201510112679
【發明人】宋仁伯, 張磊峰, 趙超, 富強, 徐楊, 秦帥
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月13日