CN110184543B - 一种低镍高强汽车钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低镍高强汽车钢板及其制造方法，包括以下重量百分比的原料：C 0.03～0.08％，Si 0.2～0.6％，Mn 4～8％，Ni 3～5％，Cr 2～4％，P：0.025～0.035％，S：0.01～0.015％，V 0.1～0.2％，Ti 0.05～0.15％，Y 0.05～0.15％，Er 0.05～0.15％，Nb 0.01～0.05％，余量为Fe。本方案通过降低Ni和Cr的含量，添加V、Ti、Y、Er和Nb等元素，再通过热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理工艺，使得钢板具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等优点，是汽车用钢板的理想材料，市场前景广阔。

Description

一种低镍高强汽车钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及不锈钢材料技术领域，具体是一种低镍高强汽车钢板及其制造方法。
背景技术
随着汽车工业的迅速发展，我国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车消费国，年生产汽车超过2000万辆，年消费各类汽车用板材超过2200万吨。汽车钢轻量化、高强化是汽车安全、长寿、低成本和节能减排的必然趋势。第一代汽车钢(AHSS，IF，BH，DP，TRIP和马氏体钢等)平均15-20GPa％的强塑积不能满足日益增长的汽车安全碰撞系数和冲压零部件优良成型性的需求，第二代汽车钢(TWIP，奥氏体不锈钢等)具有优良的机械性能强塑积可达60GPa％，但由于材料成本或工艺成本过高难以大规模生产。
奥氏体不锈钢的主要特点是：在室温下具有无磁性，钢的屈强比低，塑性好，焊接性能良好，易于冶炼及铸锻热成型；其成分特点是含有较高的铬(≥17％)，镍(8％～25％)及其它提高耐蚀性的元素(如钼、铜、硅、铌、钛等)。因此，奥氏体不锈钢不但有良好的耐蚀性，而且还有良好的力学性能和工艺性能，从而获得了广泛的应用。但奥氏体不锈钢的制造主要存在以下问题，合金元素价格昂贵，而我国又是一个缺镍、贫铬的国家，所以原料的来源供给在很大程度上受制于人，因此研究低镍、铬含量的不锈钢是当今研发的重点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种低镍高强汽车钢板及其制造方法。本方案通过降低Ni和Cr的含量，添加V、Ti、Y、Er和Nb等元素，再通过热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理工艺，使得钢板具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等优点。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低镍高强汽车钢板，包括以下重量百分比的原料：C 0.03～0.08％，Si 0.2～0.6％，Mn 4～8％，Ni 3～5％，Cr 2～4％，P：0.025～0.035％，S：0.01～0.015％，V 0.1～0.2％，Ti 0.05～0.15％，Y 0.05～0.15％，Er 0.05～0.15％，Nb 0.01～0.05％，余量为Fe。
本发明还提供所述低镍高强汽车钢板的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1050～1150℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250-1350℃，保温5-8h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050-1150℃，终轧温度为900-1000℃，将钢锭进行机械加工形成钢板，再将板材加热至820～870℃，保温30min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
进一步的，所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至700-750℃，将钢板预处理后放入铝液浸镀15-30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。
进一步的，所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉20-40份、Al粉60-80份、Na3AlF6 3-5份和NH4Cl 1-3份。
进一步的，所述渗铝剂的使用量占钢板材料重量的0.3-0.8％。
进一步的，所述钢板预处理是用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗。
进一步的，所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。
进一步的，所述电解液的组成成分为：硅酸钠20-30g/L、磷酸钠10-15g/L、钨酸钠5-10g/L、有机钼1-3g/L、氟化钠3-5g/L和氢氧化钠0-3g/L。
进一步的，所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为300-400V、电流密度为10-20A/dm2、正占空比30-50％、频率200-400Hz，溶液的温度为35-45℃，氧化时间为30-60min。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明提供的钢板材料通过降低Ni和Cr的含量，添加V、Ti、Y、Er和Nb等元素，合理分配各组分的配比，制得的钢板具有优异的屈服强度、抗拉强度、硬度及耐腐蚀性，满足了较低成本、轻量化、汽车用钢板的理想材料。
2、本发明钢板的制造方法通过热镀浸铝结合微弧氧化处理工艺的复合处理方式可以有效提高钢板的强度、耐腐蚀、耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种低镍高强汽车钢板，包括以下重量百分比的原料：C 0.06％，Si 0.4％，Mn5％，Ni 3.5％，Cr 2.8％，P：0.03％，S：0.015％，V 0.18％，Ti 0.12％，Y 0.10％，Er0.08％，Nb 0.04％，余量为Fe。
所述低镍高强汽车钢板的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1100℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250℃，保温6h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1100℃，终轧温度为950℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为2.0mm的钢板，再将板材加热至850℃，保温30min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.5％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至750℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀20min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉25份、Al粉70份、Na3AlF6 4份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠25g/L、磷酸钠12g/L、钨酸钠8g/L、有机钼1.5g/L、氟化钠4g/L和氢氧化钠1.48g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为350V、电流密度为10A/dm2、正占空比45％、频率250Hz，溶液的温度为40℃，氧化时间为45min。
实施例2
一种低镍高强汽车钢板，包括以下重量百分比的原料：C 0.05％，Si 0.25％，Mn8％，Ni 4.5％，Cr 3.5％，P：0.028％，S：0.015％，V 0.12％，Ti 0.08％，Y 0.05％，Er0.12％，Nb 0.03％，余量为Fe。
所述低镍高强汽车钢板的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1100℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250℃，保温6h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1150℃，终轧温度为1100℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为1.5mm的钢板，再将板材加热至830℃，保温30min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.4％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至720℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉30份、Al粉65份、Na3AlF6 3.5份和NH4Cl 2份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠30g/L、磷酸钠15g/L、钨酸钠10g/L、有机钼2g/L、氟化钠3g/L和氢氧化钠0.55g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为400V、电流密度为15A/dm2、正占空比35％、频率300Hz，溶液的温度为35℃，氧化时间为60min。
实施例3
一种低镍高强汽车钢板，包括以下重量百分比的原料：C 0.08％，Si 0.5％，Mn6％，Ni 3.5％，Cr 2.5％，P：0.025％，S：0.01％，V 0.15％，Ti 0.12％，Y 0.10％，Er0.15％，Nb 0.05％，余量为Fe。
所述低镍高强汽车钢板的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1150℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250℃，保温8h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050℃，终轧温度为950℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为2.5mm的钢板，再将板材加热至850℃，保温30min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.6％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至740℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀20min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉40份、Al粉75份、Na3AlF6 4.5份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠20g/L、磷酸钠12g/L、钨酸钠6g/L、有机钼1.5g/L、氟化钠5g/L和氢氧化钠2.5g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为300V、电流密度为10A/dm2、正占空比35％、频率300Hz，溶液的温度为45℃，氧化时间为40min。
实施例4
一种低镍高强汽车钢板，包括以下重量百分比的原料：C 0.04％，Si 0.3％，Mn5％，Ni 5％，Cr 3.5％，P：0.035％，S：0.012％，V 0.2％，Ti 0.08％，Y 0.05％，Er 0.10％，Nb 0.03％，余量为Fe。
所述低镍高强汽车钢板的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1050℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1300℃，保温6h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为3.0mm的钢板，再将板材加热至870℃，保温30min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.5％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至710℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉40份、Al粉75份、Na3AlF6 4.5份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠25g/L、磷酸钠15g/L、钨酸钠8g/L、有机钼2.5g/L、氟化钠3g/L和氢氧化钠2g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为400V、电流密度为20A/dm2、正占空比45％、频率250Hz，溶液的温度为35℃，氧化时间为60min。
实施例5
一种低镍高强汽车钢板，包括以下重量百分比的原料：C 0.05％，Si 0.5％，Mn6％，Ni 4.7％，Cr 3.2％，P：0.028％，S：0.01％，V 0.15％，Ti 0.12％，Y 0.10％，Er0.06％，Nb 0.05％，余量为Fe。
所述低镍高强汽车钢板的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1050℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1300℃，保温6h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为2.5mm的钢板，再将板材加热至870℃，保温30min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.5％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至710℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉40份、Al粉75份、Na3AlF6 4.5份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠25g/L、磷酸钠15g/L、钨酸钠8g/L、有机钼2.5g/L、氟化钠3g/L和氢氧化钠2g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为400V、电流密度为20A/dm2、正占空比45％、频率250Hz，溶液的温度为35℃，氧化时间为60min。
将本实施例1-5制得的钢板，按照常规的方法测定屈服强度、抗拉强度、伸长率、-196℃低温冲击值/J和耐磨损性，耐磨损性的试验是通过试验在500℃×72h高温氧化后的质量增重来测定，测定结果如表1所示。
表1：本发明制得的汽车钢板的性能测试结果
Figure BDA0002118033540000071
Figure BDA0002118033540000081
从上述测试结果得知，本发明制得的钢板不仅具有优异的力学性能，还具有优异的耐腐蚀、耐磨损性能，是汽车用钢板的理想材料，市场前景广阔。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种低镍高强汽车钢板的制造方法，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：C 0.03～0.08％，Si 0.2～0 .6％，Mn 4～8％，Ni 3～5％，Cr 2～4％，P：0 .025～0 .035％，S：0 .01～0 .015％，V 0.1～0.2％，Ti 0.05～0.15%，Y 0.05～0.15％，Er 0.05～0.15％，Nb 0.01～0.05％，余量为Fe；
其制造方法，包括如下步骤：
（1）按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
（2）将钢坯在1050～1150℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250-1350℃，保温5-8h进行均匀处理；
（3）将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050-1150℃，终轧温度为900-1000℃，将钢锭进行机械加工形成钢板，再将板材加热至820～870℃，保温30min，随炉冷却至室温；
（4）将步骤（3）加工得到的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层；
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至700-750℃，将钢板预处理后放入铝液浸镀15-30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样；
所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203 粉20-40份 、Al 粉60-80份、Na3AlF6 3-5份和NH4Cl1-3份；
所述渗铝剂的使用量占钢板材料质量百分比为0.3-0.8%；
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理；
所述电解液的组成成分为：硅酸钠20-30g/L、磷酸钠10-15g/L、钨酸钠5-10g/L、有机钼1-3g/L、氟化钠3-5g/L和氢氧化钠0-3g/L。
2.根据权利要求1所述低镍高强汽车钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板预处理是用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗。
3.根据权利要求1所述低镍高强汽车钢板的制造方法，其特征在于：所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为300-400V 、电流密度为10-20A/dm2、正占空比30 -50% 、频率200-400Hz，溶液的温度为35-45℃，氧化时间为30-60min。
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