CN110172636A

CN110172636A - 一种低碳热成形钢及其制备方法

Info

Publication number: CN110172636A
Application number: CN201810687645.5A
Authority: CN
Inventors: 杨洪林; 关闯; 李婧亚; 李美禹; 尹洪燕
Original assignee: Rongning Seiko New Material Technology (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Rongning Seiko New Material Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-08-27

Abstract

本发明公开了一种低碳热成形钢及其制备方法，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.15‑0.25%，Si：0.10‑0.40%，Mn：1.50‑2.00%，Cr：0.10‑0.40%，Ti：0.01‑0.04%，Al：0.01‑0.06%，B：0.0015‑0.0035%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.006%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明采用冶炼工序+热轧工序+热冲压工序生产工艺，不仅获得了超高强度和良好塑韧性的热成形钢板，同时可以降低钢板基板的热冲压加热温度。本发明制备的低碳热成形钢零部件具有超高强度和良好塑性，成本优势明显，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种低碳热成形钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车用高强钢领域，具体涉及一种低碳热成形钢及其制备方法。

背景技术

轻量化、低污染、高安全是新一代汽车所追求的目标，汽车用钢朝着高强钢和超高强钢方向发展已成为必然趋势。根据国际钢铁协会的定义，将钢按照强度进行分类时，拉伸强度超过700MPa的被称为先进超高强度钢，热成形钢就是其中之一。热成形钢所生产的零部件，在强度、硬度、成形能力等方面相比普通零件具有优势，近年来开始应用于汽车结构件和加强件，包括生产汽车车身、底盘、A柱、B柱、C柱、纵向承载梁等。

专利号201410209907.9公开了一种汽车用高弯曲性能热成形钢及其制备方法，其化学成分百分比为：C：0.18-0.30%，Si≤0.30%，Mn：1.00-1.60%，Cr：0.10-0.30%，Ti：0.02-0.06%，Al：0.02-0.06%，Nb：0.02-0.10%，Mo：0.15-0.40%，B：0.0005-0.0040%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.006%，余量为Fe及不可避免杂质；经过820-890℃终轧、540-650℃卷取、冷却速度≥40℃/s淬火处理，得到了抗拉强度大于1450MPa的热成形钢。尽管通过其化学成分和生产方法制备的热成形钢达到超高强度，然而需要添加昂贵微合金元素Nb、Mo，所以生产成本较高；同时Nb抑制奥氏体动态再结晶，使得热轧负荷和难度增加。

专利号201110259342.1公开了一种双相热成形钢的制备方法，其化学成分百分比为：C：0.1-0.5%，Si：0.3-2.5%，Mn：1.0-3.0%，P≤0.02%，S≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质；通过800-900℃终轧、600-700℃卷取、750-850℃再加热冲压、冷却速度≥40℃/s淬火处理，得到了抗拉强度大于1150MPa的双相热成形钢。尽管通过其化学成分和生产方法制备的热成形钢达到超高强度，一方面C含量较高使得焊接性能和塑性下降，同时抗拉强度级别相对较低。

综上所述，现有技术主要单方面考虑了热成形钢的力学性能，没有综合考虑生产成本、制造难度等因素。与现有发明相比，本发明的优点在于：（1）低生产成本：未添加Nb、Mo等昂贵微合金元素；（2）超高强度和良好塑性：C含量较低，淬火条件下均为热板条马氏体；（3）优良焊接性能：C含量降低使得碳当量下降，焊接性能明显改善。

发明内容

本发明提供一种低碳热成形钢及其制备方法，它可以解决现有技术中存在的热成形钢力学性能未能满足需求，生产成本较高以及制造难度方面存在的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种低碳热成形钢，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.15-0.25%，Si：0.10-0.40%，Mn：1.50-2.00%，Cr：0.10-0.40%，Ti：0.01-0.04%，Al：0.01-0.06%，B：0.0015-0.0035%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.006%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地技术方案，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.18-0.21%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.70-1.90%，Cr：0.15-0.35%，Ti：0.02-0.04%，Al：0.02-0.04%，B：0.0020-0.0030%，P≤0.015%，S≤0.005%，N≤0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地技术方案，其微观组织为单一马氏体。

本发明中成分设计原理如下：

碳：C作为热成形钢最重要的组分之一，决定了钢板的强度、塑性和成形性能。C是钢铁材料中固溶强化效果最明显的元素，钢中固溶C含量增加0.1%，其强度可提高约450MPa。C含量过低时，奥氏体的稳定性和马氏体淬硬性下降，导致强度偏低；C含量过高时，双相钢的塑性和焊接性能下降。本发明C含量设计为0.15-0.25%，优选为0.18-0.21%。

硅：Si能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，Si还可以抑制铁素体中碳化物的析出，使固溶C原子充分向奥氏体中富集，从而提高其稳定性。然而，Si含量过高时，Si在加热炉中形成的表面氧化铁皮很难去除，增加了除磷难度。因此，本发明Si含量设计为0.10-0.40%，优选为0.20-0.40%。

锰：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是钢中常用的固溶强化元素，Mn的固溶强化作用仅次于P和Si，可以提高钢材强度，并且不会显著恶化钢的变形能力，当含量低于0.80%时，其强化效果不明显。Mn既可与C结合形成多种碳化物起到沉淀强化的作用，也可溶于基体中增强固溶强化效果。Mn易与S结合形成高熔点化合物MnS，从而消除或削弱由于FeS引起的热脆现象，改善钢的热加工性能。Mn可以提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而显著降低马氏体的临界冷却速率。在本发明Mn含量设计为1.50-2.00%，优选为1.70-1.90%。

铬：Cr可以显著延迟珠光体和贝氏体转变，从而使奥氏体充分转变为马氏体组织。由于Cr较Mo具有明显的成本优势，所以大量添加于热成形钢中。通过实验发现，当钢中Cr含量处于0.10%到0.40%时，钢材耐热和耐蚀性能俱佳，且能很好满足使用要求。在本发明Cr含量设计为0.10-0.40%，优选为0.15-0.35%。

钛：Ti为微合金元素，与C，N等元素形成纳米级析出物，在加热时抑制奥氏体晶粒的长大；且Ti的细小析出物颗粒可以改善焊接性能。在本发明Ti含量设计为0.01-0.04%，优选为0.02-0.04%。

铝：Al是钢中常见的脱氧剂，同时可以形成AlN钉扎晶界，从而起到细化晶粒的作用；另外，Al与Si作用相似，可以抑制碳化物析出，从而使奥氏体充分富碳，但过量的Al会影响钢材力学性能，降低钢材切削性能。本发明Al含量设计为0.01-0.06%，优选为0.02-0.04%。

硼：微量的B可以提高钢的浮透性和强度；钢中B含量过高则极易恶化钢材韧性且不利于钢材推广应用。本发明B含量设计为O.0015-O.0035%，优选为O.0020-O.0030%。

氮：钢中N元素在通过Ti（C、N）的生成实现钛微合金化提高钢材强度的目的，因此钢中需要适量的N含量，但若N含量过多，会恶化钢材力学性能并降低钢材成材率。本发明N含量设计为0.006%以下。

磷：P对钢材性能而言是有害元素，理论上要求其含量越低越好，才能保证本发明钢的性能。因此，本发明P含量设计为0.020%以下。

硫：钢中S与Mn可形成的MnS夹杂可作为BN夹杂形核核心，提高BN夹杂形核率，增加钢中BN夹杂数量，但过多的MnS夹杂会增大钢材性能的各向异性，严重限制钢材的应用。因此，本发明S含量设计为0.010%以下。

本发明的第二方面，提供一种低碳热成形钢的制备方法，用于制备上述的低碳热成形钢，包括如下步骤：

（1）冶炼工序：将权利要求1中相应质量百分比的各化学成分进行冶炼，然后经过铸造成板坯；

（2）热轧工序：将铸坯经过加热至1200℃，保温1小时；随后进行热轧，热轧开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为850-950℃，之后对热轧的轧件在550-650℃温度范围内卷取；然后层流冷却至室温，从而得到超高强热轧钢板基板；

（3）热冲压工序：将超高强热轧钢板基板加热至850-900℃，进行奥氏体化；然后进行热冲压，热冲压温度为750-800℃，最后以冷却速率≥25℃/s进行淬火。

优选地技术方案，该方法制备的低碳热成形钢微观组织为单一马氏体，其抗拉强度达到1300MPa以上。

本发明与现有技术相比，在传统热成形钢的基础上，通过采用降碳增锰的方法提高奥氏体的稳定性和淬透性，从而改善热成形钢的焊接性能和塑韧性。本发明制备的低碳热成形钢微观组织由单一马氏体组成，具有低生产成本、优良力学性能和焊接性能，其中屈服强度为900-1200MPa，抗拉强度为1200-1500MPa，伸长率为6.0-10.0%。

附图说明

图1为本发明中低碳超高强热轧钢基板的微观组织形貌图；

图2为本发明中低碳热成形钢零部件的微观组织形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明予以详细描述：

本发明各实施例按照以下工艺生产：

（1）冶炼工序：采用真空电炉进行冶炼，实施例化学成分如表1所示，制备热成形钢板坯；

（2）热轧工序：将热成形钢板坯经过加热至1200℃，保温1小时后除磷；再进行热轧，热轧开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为850-950℃，之后对热轧的轧件在550-650℃温度范围内卷取；然后层流冷却至室温，从而得到超高强热轧钢基板。热轧钢基板微观组织如图1所示，具体热轧工艺参数和力学性能如表2和3所示；

（3）热冲压工序：将上述的热轧钢基板加热至850-900℃；然后进行热冲压，热冲压温度为750-800℃；最后以冷却速率≥25℃/s进行淬火。热成形钢板零部件微观组织如图2所示，具体热冲压工艺参数和力学性能如表4和5所示。

结果表明，本发明制备的低碳热成形钢基板微观组织由铁素体和珠光体组成组成，热成形钢板零部件微观组织由单一马氏体组成，其抗拉强度达到1300MPa以上。热成形钢生产成本较低，同时具有超高强度和优良塑性，可广泛应用于汽车结构件和加强件，具有显著的经济效益和社会效益。

表1实施例化学成分（wt.%）

编号	C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	B	N
										1#	0.18	0.40	1.90	0.018	0.006	0.020	0.10	0.0035	0.005
2#	0.21	0.10	1.70	0.015	0.005	0.060	0.40	0.0015	0.005

表2热轧主要工艺参数

编号	加热温度/℃	精轧温度/℃	终轧温度/℃	卷取温度/℃	热轧厚度/mm
						1#	1220	1000	850-900	550-600	3.0
2#	1220	1100	900-950	600-650	2.5

表3热轧基板力学性能

编号	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	伸长率A<sub>80</sub>/%
				1#	376	591	25.5
2#	352	563	24.0

表4热冲压主要工艺参数

编号	加热温度/℃	热冲压温度/℃	冷却速率/℃/s
				1#	850	750	25
2#	900	800	35

表5热成形零部件力学性能

编号	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	伸长率A<sub>50</sub>/%
				1#	1017	1318	9.0
2#	1153	1425	7.5

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims

1.一种低碳热成形钢，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.15-0.25%，Si：0.10-0.40%，Mn：1.50-2.00%，Cr：0.10-0.40%，Ti：0.01-0.04%，Al：0.01-0.06%，B：0.0015-0.0035%，P≤0.020%，S≤0.010%，N≤0.006%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低碳热成形钢，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C：0.18-0.21%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.70-1.90%，Cr：0.15-0.35%，Ti：0.02-0.04%，Al：0.02-0.04%，B：0.0020-0.0030%，P≤0.015%，S≤0.005%，N≤0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的低碳热成形钢，其特征在于，其微观组织为单一马氏体。

4.一种低碳热成形钢的制备方法，用于制备如权利要求1-3中任一项所述的低碳热成形钢，其特征在于，包括如下步骤：

（1）冶炼工序：将权利要求1-3中任一项所述的相应质量百分比的各化学成分进行冶炼，然后经过铸造成板坯；

5.根据权利要求4所述的一种低碳热成形钢的制备方法，其特征在于，该方法制备的低碳热成形钢微观组织为单一马氏体，其抗拉强度达到1300MPa以上。