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抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性及制造方法

阅读:723发布:2020-05-13

专利汇可以提供抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性及制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 抗拉强度 750MPa级 热轧 相变 诱发塑性 钢 及制造方法,1) 冶炼 、 铸造 成坯,其成分 质量 百分比为:C 0.08~0.20、Si≤0.8、Mn 0.5~2.0、Al 0.8~2.5、Nb≤0.03、N≤0.010、P≤0.020、S≤0.008、Ca 0.001~0.005、余 铁 ;2)钢坯加热至1150~1250℃;保温,保温时间按厚度1~1.5min/mm计;3) 轧制 ,在奥氏体可发生再结晶的 温度 范围内 变形 ,采用一道次或多道次,将钢坯轧制成中间 板坯 ;在奥氏体未发生再结晶即低于Tnr温度但高于Ar3转变点的温度范围内变形,轧成最终厚度钢板,终轧温度800℃~880℃;4)冷却。本发明成分经济, 硅 含量较少,不含Cr、Ni、Mo等贵重 合金 元素,热轧工艺简单易行,钢板表面质量好、强度高和塑性好。,下面是抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性及制造方法专利的具体信息内容。

1.抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性,其成分质量百分比为:
C 0.10~0.20%
Si ≤0.8%
Mn 0.5~2.0%
A1 0.8~2.5%
0<Nb≤0.03%
N ≤0.010%
P ≤0.020%
S ≤0.008%
Ca 0.001~0.005%
其余为和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢的制造方法,包括如下步骤:
1)按下述成分冶炼铸造成坯,其成分质量百分比为:C 0.10~0.20%、Si≤0.8%、Mn 0.5~2.0%、Al 0.8~2.5%、0<Nb≤0.03%、N≤0.010%、P≤0.020%、S≤0.008%、Ca 0.001~0.005%、其余为铁和不可避免的杂质;
2)将钢坯加热至1150~1250℃;保温,保温时间按有效厚度1~1.5min/mm计;
3)轧制,在奥氏体可发生再结晶的温度范围内变形,采用一道次或多道次,将所述钢坯轧制成中间板坯;在奥氏体未发生再结晶即低于Tnr温度但高于Ar3转变点的温度范围内变形,将上述钢板轧制成最终厚度的钢板,终轧温度介于800℃~880℃之间;
4)冷却,采用一段式冷却方法或,两段式冷却方法;
采用一段式冷却方法,在轧后冷却辊道较长的情况下,采用轧后空冷4~10s,然后以大于60℃/s的冷却速度将钢板快速冷却至贝氏体转变温度区间350~450℃,保温30~
60分钟后空冷或卷取成钢卷后空冷;
采用两段式冷却方法,在轧后冷却辊道较短的情况下,采用以大于20℃/s的冷速快速先冷却至650℃~750℃的中间温度停留2~10秒,再以不低于50℃/s的冷速冷却至
350~450℃,保温30~60分钟后空冷或卷取成钢卷后空冷。

说明书全文

抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性及制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钢材料的制造方法,特别涉及抗拉强度750MPa热轧相变诱发塑性钢(TRIP)及其制造方法。

背景技术

[0002] 汽车用钢有很多品种。传统的低强度钢(LSS)和高强度钢(HSS)主要有无间隙原子钢(IF)、高强度无间隙原子钢(IF-HS)、普软钢(MILD)、各向同性钢(IS)、烘烤硬化钢(BH)、碳锰钢(C-Mn)以及低合金高强度钢(HSLA)、双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)等三个种类的部分低强度级别品种。随着汽车产业的发展,对车辆安全性的要求越来越高,且车辆自重也要求越来越轻以提高燃油经济性,对车辆所用钢板的强度方面的要求不断提高,同时对不同部位钢板的性能要求分工也越来越多、越细,于是先进的高强度钢(AHSS)或者超高强度钢(Ultra-HSS)应运而生。通常抗拉强度大于700MPa的钢种可归为超高强度钢,TRIP钢具有高强度、高塑性和优良吸收能等综合性能,是先进高强钢中的一个重要钢种。
[0003] TRIP效应是在室温下钢中含有部分残余奥氏体,在应变的作用下残余奥氏体向氏体转变而吸收能量,从而显著提高材料塑性和加工硬化能,又称为相变诱导塑性。
[0004] 为了得到这种TRIP效应,早期的TRIP钢一般含有较高的镍、铬等贵重合金,且碳含量较高,这使其应用受到限制。
[0005] 近年来有用热处理方式生产冷轧TRIP钢和热轧方法生产TRIP钢,其化学成分范围一般为:0.10~0.40%C,0.50~2.50%Si,0.50~2.50%Mn,另外添加一定含量的Nb、Ti、Ni、Cr、Mo和Cu等合金元素。主要有低合金成分体系、Si-Mn系和含有铬、镍等贵重合金元素成分体系。对于低合金成分体系,碳含量可以较低,但需要添加较高含量的Nb和Ti并通过严格的控制轧制来提高钢的强度,增加了生产成本和控制轧制难度。添加铬和镍元素更是增加了钢的制造成本。Si-Mn系虽然是一种经济型成分体系,但要获得高强度,其碳含量一般较高,且由于含量较高,导致产品性能不稳定和钢的表面质量不好。
[0006] 欧洲专利EP748874A1主要阐述了一种添加的抗拉强度700MPa级的热轧TRIP钢的生产方法,采用未再结晶区控制轧制和层流冷却的方法生产。此专利含0.12~0.30%C,1.2~3.5%Mn,除了添加Al外,还可添加Ti、Cr、Mo、Cu和Ni等贵重合金元素。该热轧TRIP钢中未含Nb元素,碳和锰含量都较高,主要依靠合金元素的作用而不是的作用来获得TRIP效应,生产成本较高,其力学性能屈强比较高,不利于冲压加工;且此专利的钢种的抗拉强度等级为700MPa级。
[0007] 美国专利申请号US6797078公开了一种添加铝的抗拉强度700MPa级的热轧TRIP钢的生产方法,采用热轧后分段冷却控制的方法生产。此专利的合金成分不经济且轧后冷却控制要求非常严格。此专利需添加Cr含量,如果不添加Cr,其残余奥氏体的含量会减少,会导致抗拉强度降低。另外其碳含量和锰含量均较高,给冶炼焊接带来困难;且抗拉强度等级为700MPa级,低于本发明的强度等级。
[0008] 欧洲专利EP 881306A1提供了一种延伸性能好,具有TRIP效应的多相钢的成分和生产方法。其通过添加Nb、V和Ti来提高钢的强度,而未采用Al作为促进铁素体形成的合金元素。要求分段冷却控制方式,提高了生产难度。其成分为0.05~0.50%C,0.35~0.50%Si,1.35~1.80%Mn,还可添加以下几种元素:≤0.015%Nb,≤0.020%V,≤0.020%Ti,。在工艺上采用分段冷却方式,终轧结束后,快速冷却到某一温度后空冷一段时间,然后再快速冷却到卷取温度。该方法不易于控制。
[0009] 日本JP 2003321738A公开了一种热轧TRIP钢的成分和生产方法。组织为铁素体、贝氏体、残奥(三相),或四相(含马氏体)。成分为C:0.1~0.2%,Si:0.5~2.0%,Mn:0.5~1.7%,Al:≤0.06%,N:≤0.006%,Mo:0.1~0.5%,Ti:0.05~0.2%。硅含量较高,且添加了贵重的Mo合金。
[0010] 欧洲专利EP295500Al公开了一种热轧高强度薄板,成形性好,组织为铁素体、贝氏体和残奥;不添加其它合金,成分C:0.15~0.40%,Si:0.5~2.0%,Mn:0.5~2.0%。虽然此成分是经济成分体系,但硅含量较高,在加热过程中,容易产生粘而厚的红化铁皮,不容易除鳞,在轧制中容易压入钢板,造成表面质量不好。

发明内容

[0011] 本发明的目的在于提供一种抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢及其制造方法,具有成分经济,硅含量较少,不含诸如Cr、Ni、Mo等贵重的合金元素,热轧工艺简单易行,钢板具有表面质量好、强度高和塑性好等特点。
[0012] 本发明充分利用“水作为合金元素”新的合金设计思想,采用以铝代硅的经济成分系列,并开发用于生产制造热轧TRIP钢的“一段式控制冷却”的轧后控制冷却的方法,较文献中报道热轧TRIP钢的成分体系与工艺,具有碳含量较低、成分经济、轧制工艺简单,轧后冷却工艺操作易行的特点。按本发明方法生产的热轧TRIP钢组织为铁素体+贝氏体(马氏体)+残余奥氏体,强度等级高的同时具有优良的塑性,产品表面质量好且各项性能稳定。采用该方面生产的热轧TRIP钢的抗拉强度具有大于等于750MPa的超高强度,反映TRIP钢重要指标的强度塑性积可大于22000Mpa*%。
[0013] 为达到上述目的,本发明的技术解决方案:抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢,其成分质量百分比为:
[0014] C 0.10~0.20%
[0015] Si ≤0.8%
[0016] Mn 0.5~2.0%
[0017] Al 0.8~2.5%
[0018] 0<Nb≤0.03%
[0019] N ≤0.010%
[0020] P ≤0.020%
[0021] S ≤0.008%
[0022] Ca 0.001~0.005%
[0023] 其余为铁和不可避免的杂质。
[0024] 碳:钢中最经济、最基本的强化元素。碳含量的高低很大程度地决定了钢板的强度级别。在所有元素中,碳使Ms温度降低的作用最强烈,是奥氏体转变成马氏体、贝氏体等钢中的强化相所必不可少的元素。本发明中,控制范围为0.08%~0.20%,如果碳含量太低,则在冷却过程中,奥氏体会转变为马氏体而不会在室温下稳定,不会有TRIP效应;反之,碳含量高于0.20%时,则钢的塑性和韧性降低,焊接性也变差。
[0025] 锰:锰是置换型合金元素,通过固溶强化细化晶粒而提高钢的强度。同时锰是扩大Fe-C相图γ相域最有效的元素之一,能稳定奥氏体,降低马氏体的转变温度,在锰含量合适的情况下,能增加碳富集的可能性,使残余奥氏体含量增加。但锰含量过高会降低奥氏体中碳的活度,而促进碳化物的形成,过高的锰还易于偏析,恶化钢的性能。要注意锰和硅、铝元素的平衡,调整添加的相对量以控制相的分布和体积分数。
[0026] 硅:硅在钢中起固溶强化作用。硅在钢中是抑制渗碳体形成的元素,能增加碳在奥氏体中的活度,促进铁素体形成,从而使碳扩散到残余奥氏体中。硅或类似元素充当铁素体稳定剂的作用,不仅加速先共析铁素体的形成,而且在贝氏体形成期间阻碍渗碳体的析出,加速碳扩散到奥氏体相中,因此硅有助于增加残余奥氏体的稳定性,硅的添加并配合分段冷却工艺可以促进铁素体析出,有利于降低钢的屈服强度。钢中加硅能提高钢质纯净度和脱氧。但过高的硅会给热轧加热和后续产品涂带来麻烦,影响钢板的表面质量。所以本发明中控制硅含量不大于0.8%。
[0027] 铝:本发明钢加入铝含量为1.2~2.0%。由于Si-Mn系中Si含量过高会降低产品表面质量,进而影响最终产品的涂镀效果,用铝来取代硅,铝也是铁素体形成元素,能促进铁素体的形成,使碳扩散到残余奥氏体中。所以可以降低钢中的硅含量。铝还是钢中的主要脱氧元素,有利于细化晶粒。本发明中加入的铝主要用来代替硅的部分作用,能提高钢的抗拉强度和延伸率,改善钢的表面质量。
[0028] 铌:铌是强碳化合物形成元素。在热轧时碳化铌的应变诱导延迟了热变形过程中静态和动态再结晶,提高非再结晶温度,有助于细化形变奥氏体的相变产物,提高钢的强度和韧性。
[0029] 硫和磷:硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰,尤其对钢的横向塑性和韧性不利,因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素,严重损害钢板的塑性和韧性。如硫含量大于等于0.003%时,为避免MnS类的夹杂物对横向性能的不良影响,可采用Ca处理工艺进行硫化物的变态处理。
[0030] 本发明所述的制造方法,包括如下步骤:
[0031] 1)按下述成分冶炼、铸造成坯,其成分质量百分比为:C 0.10~0.20%、Si≤0.8%、Mn 0.5~2.0%、Al 0.8~2.5%、0<Nb≤0.03%、N≤0.010%、P≤0.020%、S≤0.008%、Ca 0.001~0.005%、其余为铁和不可避免的杂质;
[0032] 2)将钢坯加热至1150~1250℃;保温,保温时间按有效厚度1~1.5min/mm计;
[0033] 3)轧制,在奥氏体可发生再结晶的温度范围内变形,采用一道次或多道次,将所述钢坯轧制成中间板坯;在奥氏体未发生再结晶即低于Tnr温度但高于Ar3转变点的温度范围内变形,将上述钢板轧制成最终厚度的钢板,终轧温度介于800℃~880℃之间;
[0034] 4)冷却。
[0035] 其中,步骤4)冷却采用一段式冷却方法(轧后先空冷后强冷的冷却方法),在轧后冷却辊道较长的情况下,采用轧后空冷4-10s,然后以大于60℃/s的冷却速度将钢板快速冷却至贝氏体转变温度区间350~450℃,保温30-60分钟后空冷或卷取成钢卷后空冷。
[0036] 由于铝和硅都是促进铁素体形成的元素,同时本发明中的碳和锰含量都较低,因此,奥氏体向铁素体转变的温度较高(730℃或以上即进入相变区间)。当轧后冷却辊道较长的时候,可以采用一段式冷却方法,即终轧温度在800℃~830℃,轧后空冷阶段即可进入奥氏体和铁素体两相区温度,在此温度继续空冷以获得足够含量的铁素体组织,碳扩散到残余奥氏体中;快速冷却至贝氏体转变温度区间卷取或保温,发生贝氏体相变,硅阻碍渗碳体的析出,使富余的碳继续向残余奥氏体扩散。由于适量锰和碳的作用,降低了马氏体的转变温度点,因此,可使室温时组织中有稳定的残余奥氏体存在。
[0037] 又,步骤4)冷却采用两段式冷却方法(轧后快冷-空冷-强冷的冷却方法),在轧后冷却辊道较短的情况下,采用以大于20℃/s的冷速快速先冷却至650℃~750℃的中间温度停留2~10秒,再以不低于50℃/s的冷速冷却至350~450℃,保温30-60分钟后空冷或卷取成钢卷后空冷。
[0038] 热轧TRIP钢主要通过相变强化来获得高强度,因此关键是要求在终轧后的冷却过程中,获得比例合适的各相组织:铁素体、贝氏体或贝氏体与马氏体的混合组织和残余奥氏体。所以在冷却过程中,需要以下相变过程,先将钢冷却到奥氏体和铁素体两相区温度区间,在此温度区间缓冷一段时间发生足够的铁素体相变,然后快速冷却到贝氏体转变温度进行卷取,在卷取温度区间,一部分奥氏体会发生贝氏体相变,剩余的奥氏体由于含碳和锰含量较高,马氏体转变温度低于室温,因此冷却至室温过程中,不发生马氏体相变,以残余奥氏体的形式存在。最终室温组织为包含铁素体、贝氏体和残余奥氏体的多相显微组织。
[0039] 研究发现,Si-Mn系的热轧TRIP钢其热物性参数随着温度的变化很敏感,容易造成最终的组织和性能不稳定。而以铝代硅的钢其力学性能稳定,对轧后冷却各阶段的控制要求不是非常苛刻。可以采用一段式冷却方法,也可采用两段式冷却方法,同样可以获得合适的组织与性能。
[0040] 本发明具有如下特点:
[0041] ①与以往专利相比,铝不仅仅是作为脱氧剂,还通过较高含量的铝元素来代替硅元素的作用,以促进铁素体的相变和碳在残余奥氏体里的富集。比含硅高的TRIP钢表面质量好,且力学性能稳定。
[0042] ②不添加贵重合金元素,主要利用“水作为合金元素”的作用,在轧后水冷过程中获得百分含量合适的铁素体、贝氏体(或贝氏体与马氏体的混合组织)和残余奥氏体组织,生产强度与塑性综合性能良好的经济型热轧TRIP钢。
[0043] ③与欧洲专利EP0748874相比,两者都添加了较高含量的铝元素,但欧洲专利EP0748874碳含量高,添加了多种贵重合金元素以获得TRIP效应,另外还通过添加元素来提高强度,这样在获得高的抗拉强度的同时,其屈强比也较高,不利于冲压加工;本发明不添加Cr、Mo、Cu、Ni等贵重合金元素,合金配方经济简单,通过添加少量的铌元素来提高抗拉强度。
[0044] ④本发明相对于现有技术而言,终轧后的在线冷却方式更容易控制,生产控制简单且稳定,易于生产。同时可采用一段式冷却也可采用两段式冷却。通过以铝代硅的成分体系和轧后的控制冷却,可获得抗拉强度等于等于750MPa级的热轧TRIP钢,强度塑性积大于22000MPa*%,表面质量好,适合应用于汽车结构件和安全件,降低能耗、促进钢铁的可循环制造,具有良好的市场应用前景。
[0045] 本发明的有益效果
[0046] 本发明的成分设计经济,有利于资源的有效利用和可回收,易于实施和控制,工艺控制简便易行。钢板强度高,具有高的塑性,强度塑性积达22000MPa*%以上。经过上述所述成分和工艺过程后,板厚1.5~4.0mm热轧钢板的抗拉强度大于750MPa,延伸率A50(JIS5标距50mm试样)大于28%,可达34.5%。组织主要为铁素体、贝氏体或贝氏体与马氏体的混合组织和残余奥氏体。附图说明
[0047] 图1为本发明一段式控制冷却的示意图;
[0048] 图2为本发明两段式控制冷却的示意图;
[0049] 图3a为本发明含Al的C-Mn系热轧TRIP钢;
[0050] 图3b为本发明对比的高Si的C-Mn系热轧TRIP钢的试验钢板照片;
[0051] 图4为本发明实施例的典型金相组织图。

具体实施方式

[0052] 本发明的具体实施例参见表1~3,图4为实施例的典型金相组织图。
[0053] 表1
[0054] 单位:质量百分比
[0055]实施
例 C Si Mn Al Nb P S N Ca Fe
1 0.08 0.80 2.00 1.70 - 0.004 0.004 0.0029 0.0010 余量
2 0.08 0.80 1.95 0.85 0.030 0.012 0.008 0.0032 0.005 余量
3 0.10 0.60 1.98 1.20 - 0.005 0.002 0.0035 0.0026 余量
4 0.10 0.60 1.95 1.10 0.015 0.020 0.003 0.0030 0.0034 余量
5 0.12 0.08 1.15 2.30 0.028 0.014 0.007 0.0040 0.0035 余量
6 0.15 0.06 0.95 2.50 - 0.005 0.002 0.0034 0.0048 余量
7 0.19 0.10 0.85 2.30 - 0.004 0.003 0.0026 0.0037 余量
8 0.20 0.10 1.70 2.35 - 0.006 0.003 0.0039 0.0022 余量
9 0.15 0.12 1.20 2.30 0.019 0.014 0.002 0.0090 0.0023 余量
实施
例 C Si Mn Al Nb P S N Ca Fe
10 0.16 0.08 0.50 2.40 0.025 0.006 0.002 0.01 0.0025 余量
[0056] 表2实施例所采用的工艺参数
[0057]加热温度 终轧温度 成品板厚 终冷
实施例 轧后冷却工艺 备注
℃ ℃ mm ℃
轧后冷5s,70℃/s
1 1200 800 1.5 冷到卷取温度 350 一段式控冷
轧后冷5s,70℃/s
2 1220 800 1.5 350 一段式控冷
冷到卷取温度
轧后冷6s,80℃/s
3 1200 830 2.0 380 一段式控冷
冷到卷取温度
轧后冷4s,85℃/s
4 1220 830 3.0 350 一段式控冷
冷到卷取温度
前段24℃/s。
5 1220 830 3.0 714℃停留4秒, 350 两段式控冷
后段50℃/s
670℃停留8秒,
6 1170 850 2.0 450 两段式控冷
后段65℃/s
轧后冷4s,70℃/s
7 1180 830 3.0 400 一段式控冷
冷到卷取温度
加热温度 终轧温度 成品板厚 终冷
实施例 轧后冷却工艺 备注
℃ ℃ mm ℃
前段40℃/s。
8 1180 850 3.0 700℃停留8秒, 400 两段式控冷
后段50℃/s
前段34℃/s。
9 1220 880 4.0 650℃停留6秒, 400 两段式控冷
后段60℃/s
轧后冷5s,70℃/s
10 1220 830 4.0 400 一段式控冷
冷到卷取温度
[0058] 上述实施例的力学性能见表3。由表可见,10个实施例中其中7个抗拉强度均大于760MPa,屈服强度505-580Mpa,延伸率A50大于28%,最大达34.5%,强塑积大于22000MPa*%,最大达26220MPa*。没有添加Nb元素对比实施例的强度偏低。
[0059] 表3实施例力学性能
[0060]实施例 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率A50% 强塑积/MPa*%
1 505 710 33.0 23430
2 575 760 34.5 26220
3 530 680 32.0 21760
4 580 760 29.0 22040
5 585 810 30.0 24300
6 520 780 28.0 21840
7 510 850 29.5 25075
8 530 880 28.5 25080
9 580 870 29.0 25230
10 550 890 28.5 25365
[0061] 图1、图2分别为本发明工艺中冷却的两种方式即一段式控制冷却、两段式控制冷却的示意图。
[0062] 图3a为本发明含Al的C-Mn系热轧TRIP钢板表面宏观照片;图3b为本发明对比的高Si的C-Mn系热轧TRIP钢板表面宏观照片;
[0063] 由图可见,本发明以Al代Si的热轧TRIP钢板表面较光滑,红色氧化铁皮少,表面质量好;而高Si的热轧TRIP钢表面红氧化铁皮非常多,且嵌入到钢板里面,通过酸洗也很难清洗。表明在热轧TRIP钢的成分设计中,通过以Al代Si能提高钢板表面质量。
[0064] 图4为本发明实施例的典型金相组织图。组织主要为铁素体(箭头A所示)、贝氏体或贝氏体与马氏体的混合组织(箭头B所示)和残余奥氏体(箭头C所示),符合TRIP钢的组织要求。
[0065] 综上所述,本发明是一种具有具有优良综合性能,具有高强度的同时具有优良塑性的热轧TRIP钢的成分设计及制造方法。通过合理经济的成分设计和专严格控制的热轧后的冷却工艺,采用轧后一段式或分段式冷却工艺使板厚1.5mm~4.0mm的热轧钢板的抗拉强度达到大于等于750MPa,屈服强度大于等于500MPa,延伸率A50(JIS5标距50mm试样)高达34.5%,并具有良好的加工硬化性能。可用于汽车的结构件、加强件和安全件。
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