[發明專利]一種薄帶連鑄超高強塑積連續屈服汽車用鋼及其制造方法

在審

• 申請號: 201610776284.2
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN107794452A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 韓啟航;張玉龍;王利;于艷;方園;王成全
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/06;C22C38/12;C22C38/14;B22D11/06;C21D1/26;C21D9/46
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所(普通合伙)31228
• 代理人: 楊丹莉,李丹

技術領域

本發明涉及一種鋼材及其制造方法和用途，尤其涉及一種汽車用鋼及其制造方法和用途。

背景技術

隨著人們對汽車輕量化、防撞安全性以及輕量化要求的提高，汽車用鋼不斷向高強度和高塑性方向發展，強塑積成為衡量汽車鋼性能的重要指標。第一代汽車用鋼的強塑積一般大于10GPa％，輕量化和安全性指標都很低；第二代汽車用鋼的強塑積雖然達到了50GPa％，但合金含量較高(主要為Mn、Cr、Ni等，其中Mn質量百分比往往大于25％)。第三代汽車用鋼是指輕量化和安全性指標高于第一代汽車用鋼(強塑積一般大于20GPa％)，生產成本又低于第二代汽車用鋼。在一些零部件上，由于第三代汽車鋼強塑性升高，可以使用更薄的鋼板，因此可以比第一代汽車鋼輕10％左右，讓汽車更加省油。

現有技術中高強度鋼在強度、抗腐蝕性方面具有優越性，然而存在輕量化效果不如鋁合金、鎂合金、復合材料。同時，由于鋁合金、鎂合金、復合材料的應用成本較高。

為了解決上述問題，采用了短流程低成本的薄帶連鑄工藝從而提升高強度鋼在汽車輕量化方面的競爭力。薄帶連鑄工藝將鋼水直接澆鑄成帶鋼，整個軋制過程能耗較傳統工藝下降80％，碳排放只有原來的十分之一，而用時可以僅需25秒。

傳統的薄型鋼材工藝一般采用板坯連鑄法，在生產中需要經過多道次熱軋和反復冷軋等工序。能耗大，工序復雜，生產周期長，勞動強度大，產品成本高，轉產困難等缺點，例如：厚板坯(指厚度在200mm～300mm)連鑄連軋工藝線長度一般在500m～800m之間，薄板坯(指厚度在50mm～60mm)的連鑄連軋工藝線長度一般在300～400m之間。而采用薄帶連鑄技術，將連續鑄造、粗軋、精軋等整合為一體，直接把鋼水鑄成1.6至3.6mm厚度的薄帶坯，經過在線一機架或兩機架熱軋，或稍經冷軋就一次性形成工業成品，制造出帶厚最薄達到0.8mm～2.5mm、帶寬達到1100mm～1680mm的薄帶鋼。大大簡化了生產工序，縮短了生產周期，其工藝線長度僅50m～60m。設備投資也相應減少，產品成本顯著降低，并且薄帶質量不亞于傳統工藝。

但在此過程中，對于Mn質量百分比為3.5～7％的鋼種易發生超細晶組織，并由此在鋼板變形過程中產生不連續屈服和屈服延伸現象，形成的鋼板表面質量差，影響零件的美觀，易有滑移帶。

對于超細晶鋼變形機理研究發現，在屈服以前，大量的可動位錯和滑移帶已經形成，兩者都被限制在高應力晶粒內。這就會導致應變的不均勻分配，并且隨晶粒尺寸減小，應變集中的程度也逐漸升高。超細晶鋼無加工硬化現象與其組織中位錯的生成和增殖困難有關。這是由于Frank-Read位錯源的尺寸分布受到晶粒尺寸的限制，導致位錯堆積數量減少。這種由位錯累積能力受限所造成的低加工硬化行為，一旦發生應變集中就會導致非常嚴重的頸縮。因此，對于超細晶鋼來說，其延伸率通常大幅下降。并且由于位錯無法累積，超細晶鋼都存在屈服延伸(也稱為呂德斯變形)現象，這樣就會導致成形零件表面存在滑移帶，影響零件的美觀。當晶粒尺寸小于2μm時，對鋼種的加工硬化和表面質量是不利的。

鑒于此，期望獲得一種薄帶連鑄汽車用鋼，其在添加較少合金元素的前提下，具有較高的強度且較好的拉伸延展性，因而具有超高的強塑積。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種薄帶連鑄超高強塑積(強塑積不小于20GPa％)連續屈服汽車用鋼，該汽車用鋼具有較高的強度及較好的拉伸延展性。同時，該汽車用鋼具有較高的強塑性，并且在鋼板變形過程中可以連續屈服，使其表面質量優良、無滑移帶，有利于提高由該鋼材制成的汽車零部件的碰撞吸收能。

基于上述發明目的，本發明提供了一種薄帶連鑄超高強塑積連續屈服汽車用鋼，其化學元素質量百分比為：C：0.05％～0.18％，Si：0.1％～2.0％，Mn：3.5％～7％，Al：0.01％～2％，0＜P≤0.02％，余量為Fe和其他不可避免的雜質；此外其化學元素含量還滿足：-3.9C+11.2Mn+Si-1.9Al-41.4P≥13，式中的C、Si、Mn、Al和P分別表示相應元素的質量百分比。也就是說公式中C、Si、Mn、Al和P代入的數值是百分號前的數值，例如C含量為0.11％的實施例中，該公式中C的代入數值就是0.11。

在本技術方案中，其他不可避免的雜質主要是指S和N，可以將其控制為S≤0.1％，N≤0.2％

本發明所述的薄帶連鑄超高強塑積連續屈服汽車用鋼中的各化學元素的設計原理為：