[發明專利]一種低成本高強塑積汽車用鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 200910091129.7
• 申請日: 2009-08-12
• 公開（公告）號: CN101638749A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 董瀚;干勇;翁宇慶;曹文全;時捷;王毛球;惠衛軍
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/58;C22C38/38;C22C38/16;C22C38/14;C22C38/12;C22C38/08;C22C38/06;B21B37/74;C21D1/26;C21D8/02
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬汽車用鋼技術領域，提供了一種低成本高強塑積汽車用鋼及其制備方法，其強塑積(強塑積是抗拉強度與延伸率的乘積)≥35GPa％。

技術背景

高強度高塑性材料一直是材料工作者持之以恒的追求目標，特別是隨著汽車輕量化和安全性要求的提高，要求汽車結構件用鋼具有高強塑積(抗拉強度與延伸率的乘積)。第一代汽車用鋼的強塑積在10-20GPa％的水平，已經不能滿足汽車工業未來發展對輕量化和高安全的雙重要求。比如抗拉強度在200-1000MPa的范圍的IF鋼、BH鋼、HSLA鋼、DP鋼和TRIP鋼等鋼材的強塑積為15-20GPa％的水平，超高強度馬氏體鋼的強度在1500MPa的級別，它的強塑積約為10GPa％左右。為了適應汽車輕量化和提高安全性的需求，近年來人們相繼開發了高強度高塑性的TWIP鋼和奧氏體鋼，即現在被稱謂的第二代汽車用鋼，它們的抗拉強度可以達到800-1000MPa，強塑積達到了60GPa％的級別。但第二代汽車用鋼添加了大量的Cr、Ni、Mn、Si和Al等合金元素，使得其成本較高。同時由于高合金含量，導致了鋼的工藝性能較差，冶金生產困難較大，因而限制了其生產與應用。為了適應節約資源、降低成本、汽車輕量化和提高安全性的要求，需要研發高強塑積超高強度、而且低成本的新一代汽車用鋼，即第三代高強高塑汽車用鋼。

我們提出新一代低合金鋼的控制理念，即基于多相(Multi-phase)、亞穩(Meta-stable)、及多尺度(Multi-scale)組織設計(M³組織控制)。研制出一種中低合金含量的超高強塑積汽車用鋼制備技術，并可應用于現有的鋼鐵冶金工業板帶生產流程，生產出高性能的熱軋板帶或冷軋鋼板帶。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本高強塑積汽車用鋼及其制備方法，為了適應節約資源、降低成本、汽車輕量化和提高碰撞安全性的要求，需要研發成本低廉又具有較高強塑積的鋼種。有別于第一代鋼鐵材料的以BCC組織結構為主的第一代汽車用鋼和以FCC組織結構為主的第二代汽車用鋼，第三代汽車用鋼采用新型組織調控的手段，獲得“多相(Multi-phase)、亞穩(Meta-stable)、及多尺度(Multi-scale)”的M³組織結構。

本發明基于合理化學成分設計和合金元素的配分，關鍵在于控制馬氏體相變、C/Mn等溶質再次配分和奧氏體逆相變，獲得M³型組織結構，在鋼的應變過程中實現TRIP或TWIP機制，提高鋼的塑性和強度。其基本特征為：1、在鋼的化學成分上，主要是通過0.02-0.50wt％C和3.50-9.00wt％Mn合金化實現兩個目的：a、使鋼具有良好的淬透性，保證熱軋鋼板或型材空冷、熱軋鋼板卷冷卻、冷軋退火后空冷獲得70％以上的馬氏體組織；b、在中溫熱處理過程中，Mn和C的進行再次配分，從而實現奧氏體逆轉變。2、將獲得70％以上的馬氏體組織的鋼材，加熱到Ac1以下100℃到Ac1之間保溫。本發明不同于TRIP鋼采用正相變獲得殘余奧氏體的方法，主要是利用C和Mn等溶質元素中的一種或兩種元素的再次配分來控制鋼的奧氏體逆轉變形核和長大，獲得10％以上的尺寸細小分布均勻亞穩逆轉變奧氏體和超細尺寸的α相基體?；谏鲜霁@得的多相和亞穩的超細晶粒的組織，在鋼的應變過程中實現TRIP或TWIP機制，提高鋼的塑性和強度。通過本專利技術制備的鋼材結構材料，抗拉強度為0.7-1.3GPa，延伸率為55-30％，強塑積達到35-55GPa％。在上述基礎上還可以通過下列技術進一步提高或達到性能：1、可以添加Ni、Mo、Cr、B等進一步提高鋼的淬透性或低溫沖擊韌性、添加Nb、V、Ti等細化原奧氏體晶粒、添加Cu、V等通過析出強化提高鋼的強度、以及添加Si等提高強度和抑制碳化物析出等、添加[N]調節奧氏體的穩定性等；2、通過熱軋或溫軋等軋制工藝控制鋼的微觀組織結構的均勻性，細化晶粒尺寸，為最終熱處理提供理想的組織結構。本發明適用于現有工業條件下的高性能冷軋和熱軋高強度汽車板生產、高性能型材和棒線材等的生產。同樣適用于通過熱處理手段來實現高性能的產品，如熱成形零件等。通過本發明技術制備的鋼材結構材料，強度在0.7-1.3GPa范圍內，延伸率在55-30％的范圍內，強塑積可以達到35-55GPa％。

本發明鋼的化學成分：

從經濟性角度出發，本發明以碳錳鋼為基礎鋼。但可以通過其它合金元素的添加獲得相同性能或對性能有所提高。鋼的化學成分、合金元素配分工藝和生產工藝等是本發明的關鍵。