CN109972058B - 一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢及制备方法，属于合金钢制备技术领域。该强化钢化学成分质量百分比为：C：0.05％～0.15％、Mn：1.0％～2.0％、Si：0.05％～0.25％、Cr：0.20％～1.0％、Mo：0.05％～0.3％、Al：0.01％～0.06％、Nb：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Ti：0.01～0.10％、B：0.001～0.006％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。该强化钢经原料准备、熔炼、浇铸成板坯之后，将板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，空冷至卷取温度，卷取至室温；再酸洗后进行冷轧，最终退火处理。得到的冷轧退火板屈服强度低于350MPa，抗拉强度低于500MPa，具有良好的冷成形性能，可以加工成复杂汽车零部件。

Description

一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢及制备方法
技术领域
本发明涉及合金钢制备技术领域，特别是指一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢及制备方法。
背景技术
降低油耗与提高车身安全性是汽车工业发展的趋势，减轻汽车自重是降低汽车油耗的有效途径，这就要求使用厚度更薄的钢板。然而钢板减薄必然导致汽车车身安全性能的降低，为缓解这一矛盾，使用高强度及超高强度钢板是车身设计的必由之路。近些年来，国内投入大量资金，开发了多种高强或者超高强度钢板，包括DP、TRIP、TWIP钢等，通过降低钢板厚度来降低汽车重量。
中国发明专利CN106011637A公布了一种相变诱导塑性(TRIP)钢及其制造方法，其特征在于：通过相变诱导塑性钢中的钒元素与碳元素可发生反应从而生成纳米级的碳化钒析出物来提高钢种的强度，得到的相变诱导塑性钢的屈服强度高达1400MPa，抗拉强度高达1586MPa。中国发明专利CN107574371A公布了一种制备高屈服强度孪生诱导塑性(TWIP)钢的方法，其特征在于：通过本制备方法得到的孪生诱导塑性钢在加工过程中存在大量纳米级孪晶，以此来提高钢板的屈服强度和抗拉强度，该钢屈服强度高于900MPa，抗拉强度高于1300MPa。中国发明专利CN104379277B公布了一种孪晶诱导塑性(TWIP)钢及其生产方法，其特征在于：采用过渡金属及金属间合金形成析出物强化以及冷轧预变形、接近完全再结晶退火处理等工艺来提高TWIP钢的综合力学性能，该钢屈服强度高于1000MPa，均匀延伸率高于10％。这些发明专利都能得到高强度的汽车板，但由于钢板屈服强度太高，对后续加工成型设备要求很高，加工难度很大，效率较低，成本较高。
本发明通过合金元素的优化设计，可以制备一种在室温下具有良好冷成型性能的冷轧退火板，冷轧退火板室温下经冷塑性变形可制得复杂的汽车零部件，零部件在高温奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度良好塑性的汽车零部件，其抗拉强度大于1100MPa，延伸率高于13％，符合新一代汽车用钢的设计要求。零部件在高温奥氏体化后不需要其它淬火冷却装置，直接在空气中冷却即可，且生产工艺简单，效率高，成本低，具有很高的市场应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢及制备方法。
该强化钢化学成分质量百分比为：C：0.05％～0.15％、Mn：1.0％～2.0％、Si：0.05％～0.25％、Cr：0.20％～1.0％、Mo：0.05％～0.3％、Al：0.01％～0.06％、Nb：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Ti：0.01～0.10％、B：0.001～0.006％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
该强化钢的制备方法，包括步骤如下：
(1)制备热轧板：将按化学成分比例准备的原料进行熔炼、铸造、锻造后成板坯，将板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，热轧后空冷至卷取温度，卷取至室温，得到所需热轧板；
(2)冷轧：将步骤(1)得到的热轧板酸洗后进行冷轧，经过多道次轧制变形，得到所需冷轧板；
(3)退火：将步骤(2)得到的冷轧板进行退火处理，之后炉冷至室温，得到冷轧退火板，即强化钢。
其中，步骤(1)中热轧累计压缩量在80％-90％。
步骤(1)中热轧板卷取温度为600～700℃，避免温度太高导致的晶粒粗大或温度太低导致的热轧钢板强度过高，使得卷取热轧板易于后续的冷轧变形，卷取保温时间1.5～2h。
步骤(2)中冷轧累计变形量为60％-80％，冷轧板厚度为0.8～2.8mm。
步骤(3)冷轧板退火温度为650～750℃，可以消除冷轧板内应力，降低冷轧板强度，提高其延伸率，便于后续加工，退火温度过高，晶粒长大明显，易于粗化，温度过低，不能进行充分的再结晶，退火效果不明显；退火保温时间为4～12h。
步骤(3)中得到的冷轧退火板屈服强度低于350MPa，抗拉强度低于500Mpa；冷轧退火板室温下经冷塑性变形得到零部件，零部件在高温奥氏体化后空冷至室温得到高强度良好塑性的汽车零部件，汽车零部件抗拉强度大于1100MPa，延伸率高于13％。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)合金元素较低：本发明在成分设计上采用低含量的合金元素，从源头降低成本，采用低碳、低含量的Al和Si，极大改善了材料的铸造性能、焊接性能以及冷轧空冷钢板的可镀性能。
(2)加工性能良好：本发明生产的冷轧退火钢板具有良好的延伸率(高于30％)、较低的屈服强度(低于360MPa)和较低的抗拉强度(低于530MPa)，特别适合退火板后期的深加工成型，可以加工成很多复杂成型件，即具备优良的深加工性能。
(3)制备方法简单：本发明所述的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢，冶炼难度小，锻造、轧制以及热处理工艺简单，对设备要求不高，大多数钢铁企业无需投入新型设备即可进行生产。
(4)应用前景广阔：本发明所述的冷轧退火钢板在奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度(大于1100MPa)的空冷钢板，符合新一代先进高强钢的要求，是当前汽车行业所需求的新型材料，制备的材料除了可以用于汽车制造业，还可以广泛应用于石油管道、铁路交通、工程机械、***等行业。
附图说明
图1为本发明的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法工艺流程图；
图2为本发明的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法制备示意图；
图3为本发明实施例5冷轧板退火处理后的SEM显微组织；
图4为本发明实施例5退火板空冷处理后的SEM显微组织。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢及制备方法。
该强化钢化学成分质量百分比为：C：0.05％～0.15％、Mn：1.0％～2.0％、Si：0.05％～0.25％、Cr：0.20％～1.0％、Mo：0.05％～0.3％、Al：0.01％～0.06％、Nb：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Ti：0.01～0.10％、B：0.001～0.006％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
如图1和图2所示，该强化钢的制备方法，包括步骤如下：
(1)制备热轧板：将按化学成分比例准备的原料进行熔炼、铸造、锻造后成板坯，将板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，热轧后空冷至卷取温度，卷取至室温，得到所需热轧板；
(2)冷轧：将步骤(1)得到的热轧板酸洗后进行冷轧，经过多道次轧制变形，得到所需冷轧板；
(3)退火：将步骤(2)得到的冷轧板进行退火处理，之后炉冷至室温，得到冷轧退火板，即强化钢。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
本实施例所述汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的化学成分及质量百分比为：C：0.06％、Mn：1.05％、Si：0.17％、Cr：0.6％、Mo：0.13％、Al：0.03％、Nb：0.02％、V：0.02％、Ti：0.02％、B：0.002％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例所述汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)熔炼、浇铸后锻造成板坯：将配制好的原料在真空感应熔炼炉中熔炼，熔炼温度在1660℃，并浇注成铸锭，将铸锭进行锻造变形，最终锻成板坯，累积变形量为80％，锻后空冷至室温，其中，铸锭加热温度为1160℃，保温时间2h，开锻温度1130℃，终锻温度880℃。
(2)热轧：将板坯加热到1180℃，保温2.5h，热轧板厚度为5mm，热轧开轧温度为1130℃，终轧温度为880℃，进行7道次轧制，卷取温度为700℃，轧后空冷至卷取温度，卷取保温2小时后炉冷至室温；累计变形量在88％。
(3)冷轧：将热轧卷取后的钢板酸洗后进行冷轧，经过5道次轧制变形，累积压缩量为70％，冷轧板厚度为1.5mm；
(4)退火：将冷轧后的钢板加热到700℃，保温8h进行长时间退火处理，之后炉冷至室温得到冷轧退火板。
对步骤(4)退火处理后的钢板按照国标测试其力学性能，其屈服强度330MPa，抗拉强度490MPa，延伸率33％，具有良好的深加工性能。
将冷轧后得到退火板在室温下经冷塑性变形可得到复杂的汽车零部件，零部件在高温900℃奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度良好韧性的汽车零部件，对空冷后高强度的汽车零部件按照国标测试其力学性能，其屈服强度735MPa，抗拉强度1115MPa，延伸率13.6％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，最终冷轧板的退火温度为650℃，对最终退火处理后的钢板按照国标测试其力学性能，其屈服强度335MPa，抗拉强度505MPa，延伸率29.8％。
将冷轧后得到退火板在室温下经冷塑性变形可得到复杂的汽车零部件，零部件在高温900℃奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度良好韧性的汽车零部件，对空冷后高强度的汽车零部件按照国标测试其力学性能，其屈服强度686MPa，抗拉强度1016MPa，延伸率13.9％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，最终冷轧板的退火温度为750℃，对最终退火处理后的钢板按照国标测试其力学性能，其屈服强度355MPa，抗拉强度520MPa，延伸率26.8％。
将冷轧后得到退火板在室温下经冷塑性变形可得到复杂的汽车零部件，零部件在高温900℃奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度良好韧性的汽车零部件，对空冷后高强度的汽车零部件按照国标测试其力学性能，其屈服强度686MPa，抗拉强度1016MPa，延伸率13.9％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，冷轧退火板经冷塑性变形得到零部件的奥氏体化温度为800℃，零部件在高温800℃奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度良好韧性的汽车零部件，对空冷后高强度的汽车零部件按照国标测试其力学性能，其屈服强度586MPa，抗拉强度916MPa，延伸率18.6％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
实施例5
本实施例所述汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的化学成分及质量百分比为：C：0.15％、Mn：1.95％、Si：0.25％、Cr：1.0％、Mo：0.30％、Al：0.06％、Nb：0.08％、V：0.08％、Ti：0.08％、B：0.003％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例所述汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)熔炼、浇铸后锻造成板坯：将配制好的原料在真空感应熔炼炉中熔炼，熔炼温度在1660℃，并浇注成铸锭，将铸锭进行锻造变形，最终锻成板坯，累积变形量为80％，锻后空冷至室温，其中，铸锭加热温度为1160℃，保温时间2h，开锻温度1130℃，终锻温度880℃。
(2)热轧：将板坯加热到1180℃，保温2.5h，热轧板厚度为5mm，热轧开轧温度为1130℃，终轧温度为880℃，进行7道次轧制，卷取温度为700℃，轧后空冷至卷取温度，卷取保温2小时后炉冷至室温；累计变形量在88％。
(3)冷轧：将热轧卷取后的钢板酸洗后进行冷轧，经过5道次轧制变形，累积压缩量为70％，冷轧板厚度为1.5mm；
(4)退火：将冷轧后的钢板加热到700℃，保温8h进行长时间退火处理，之后炉冷至室温得到冷轧退火板。
冷轧板退火处理后的SEM图如图3所示，退火板空冷处理后的SEM图如图4所示。
对步骤(4)退火处理后的钢板按照国标测试其力学性能，其屈服强度345MPa，抗拉强度523MPa，延伸率31.6％，具有良好的深加工性能。
将冷轧后得到退火板在室温下经冷塑性变形可得到复杂的汽车零部件，零部件在高温900℃奥氏体化后空冷至室温即可得到高强度良好韧性的汽车零部件，对空冷后高强度的汽车零部件按照国标测试其力学性能，其屈服强度765MPa，抗拉强度1186MPa，延伸率12.8％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢，其特征在于：该强化钢化学成分质量百分比为：C：0.05％～0.15％、Mn：1.0％～2.0％、Si：0.05％～0.25％、Cr：0.20％～1.0％、Mo：0.05％～0.3％、Al：0.01％～0.06％、Nb：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Ti：0.01～0.10％、B：0.001～0.006％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质；
该强化钢屈服强度低于350MPa，抗拉强度低于500Mpa；冷轧退火板室温下经冷塑性变形得到零部件，零部件在高温奥氏体化后空冷至室温得到高强度良好塑性的汽车零部件，汽车零部件抗拉强度大于1100MPa，延伸率高于13％。
2.根据权利要求1所述的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)制备热轧板：将按化学成分比例准备的原料进行熔炼、铸造、锻造后成板坯，将板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，热轧后空冷至卷取温度，卷取至室温，得到所需热轧板；
(2)冷轧：将步骤(1)得到的热轧板酸洗后进行冷轧，经过多道次轧制变形，得到所需冷轧板；
(3)退火：将步骤(2)得到的冷轧板进行退火处理，之后炉冷至室温，得到冷轧退火板，即强化钢。
3.根据权利要求2所述的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中热轧累计压缩量在80％-90％。
4.根据权利要求2所述的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中热轧板卷取温度为600～700℃，卷取保温时间1.5～2h。
5.根据权利要求2所述的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中冷轧累计变形量为60％-80％，冷轧板厚度为0.8～2.8mm。
6.根据权利要求2所述的汽车用冷轧低合金高强度空冷强化钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)冷轧板退火温度为650～750℃，退火保温时间为4～12h。
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