CN114015951A

CN114015951A - 热轧轻质高强钢及其制备方法

Info

Publication number: CN114015951A
Application number: CN202111354597.6A
Authority: CN
Inventors: 余灿生; 郑之旺; 王敏莉; 郑昊青; 陈述; 苏冠侨
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN114015951B

Abstract

本发明属于热轧板带生产技术领域，具体涉及热轧轻质高强钢及其制备方法。所要解决的技术问题是提供热轧轻质高强钢及其制备方法。该热轧轻质高强钢，其化学成分按重量百分比计包括：C：0.15～0.25％，Si：0.20～0.50％，Mn：4.5～5.3％，Als：2.5～3.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Nb：0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明添加Al以改善钢密度，促进汽车用钢轻量化。该热轧轻质高强钢屈服强度850～970MPa，抗拉强度1250～1400MPa，伸长率A₈₀为8.0～11.0％。

Description

热轧轻质高强钢及其制备方法

技术领域

本发明属于热轧板带生产技术领域，具体涉及热轧轻质高强钢及其制备方法。

背景技术

在汽车及其他行业的生产过程中，经常需要使用轻量化的结构钢件，但这种轻量化钢件自身的强度并不能保证结构的刚度，因此，需要降低高强度钢材的密度来满足这些轻量化结构件的要求。

现有技术一般通过对钢中成分的种类和添加量进行调节或改变来获得所需的低密度钢材，从而满足不断发展的工业及制造业需求。其中，因为铝的密度低、延展性好、表面易形成氧化膜，因此，在高锰钢中加入铝成分，获得轻质Fe-Mn-Al-C钢，该钢具有低密度、良好的延展性和抗腐蚀性能等。且通过调整锰、铝金属的添加量，得到的材料具有良好的力学性能，从而能够保证在减少密度的同时，保留较好组织性能和机械性能。但是，目前对于材料内部各种成分的调整并没有一个确定的范围，很难确定高性能值的组分范围，另一方面钢的性能不仅取决于材料的成分，还取决于钢的制备工艺，因此，怎样取得一个合适的材料组分范围的同时，对该组分范围内的材料采取合理的制备工艺是需要研究的一个重要问题。

专利CN111926264A公开了一种低密度钢及其制造方法，该钢按重量百分比计的化学成分为：C 0.8～1.6％、Al 6.0～9.5％、Mn+Nb+V+Mo+Ti之和≤8％、以及余量的Fe和不可避免的杂质。该钢的制备工艺为：将热轧钢加热至Ac1以上，且低于临界温度点Ac3以下20～130℃区间，保温1～60min；冷却至临界温度点Ac1以下0～50℃，冷却速率为0.1～200℃/h，续冷却至室温。然而，该钢的C含量过高导致材料的焊性能较差，轧制工艺模糊不具参考性；且贵金属含量较高(Mn+Nb+V+Mo+Ti≤8％)使得合金成本高。

专利CN110438315A公开了一种改善Fe-Mn-Al-C系TRIP钢力学性能的热处理方法，该钢按重量百分比计的化学成分为：C 0.1～0.2％，Mn 12～15％，Al 2～3％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢的制备工艺为：钢锭加热至1200～1230℃并保温2～2.5h后，将钢锭锻造为钢坯；锻造好的坯料放到加热炉中在1200～1250℃下保温2～2.5h，然后开始轧制，开轧温度为1150～1200℃，终轧温度为850～900℃以不低于100℃/h的冷速淬火至590～750℃之间，保温1～1.5h后，水淬至室温，工件的回火温度为200～220℃，并保温30～50min，随后空冷至室温。该钢热轧后快速冷却至590～750℃，后保温再淬火，整个工艺复杂，实现难度大。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明首先提供了热轧轻质高强钢，其化学成分按重量百分比计包括：C：0.15～0.25％，Si：0.20～0.50％，Mn：4.5～5.3％，Als：2.5～3.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Nb：0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地，上述热轧轻质高强钢，其化学成分按重量百分比计包括：C：0.18～0.20％，Si：0.25～0.35％，Mn：4.8～5.2％，Als：2.8～3.2％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb：0.015～0.035％，余量为Fe及不可避免杂质。

其中，上述热轧轻质高强钢屈服强度为850～970MPa，抗拉强度为1250～1400MPa，伸长率A₈₀为8.0～11.0％。

其中，上述热轧轻质高强钢组织由25～35％铁素体和65～75％马氏体构成。

本发明还提供了上述热轧轻质高强钢的制备方法，包括以下步骤：

a、冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼后铸造成板坯；

b、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、轧制和冷却后获得热轧卷；其中，精轧开轧温度≥1030℃，终轧温度为850～950℃，卷取温度为620～680℃；

c、酸洗工序：将热轧卷浸泡于HCl溶液中进行氧化铁皮清理后，退火即可。

其中，上述热轧轻质高强钢的制备方法中，所述热轧工序中，将板坯加热到1210～1250℃保温，然后5道次粗轧，每道次压下率≥15％。

其中，上述热轧轻质高强钢的制备方法中，所述热轧工序中，粗轧后采用7道次精轧，其终轧温度为850～950℃，冷却后卷取，卷取温度为620～680℃，然后保温，随炉空冷。

其中，上述热轧轻质高强钢的制备方法中，所述酸洗工序中HCl质量浓度为65％。

有益效果：

本发明热轧轻质高强钢通过添加轻质元素Al以改善钢密度，从而促进汽车用钢的轻量化，添加4.5～5.3％这一少量的Mn提高实验钢的淬透性，同时添加0.010～0.050％微合金元素Nb细化晶粒，改善钢的力学性能。本发明制备的热轧轻质高强钢屈服强度为850～970MPa，抗拉强度为1250～1400MPa，伸长率A₈₀为8.0～11.0％；其组织由25～35％条带状的的δ铁素体和65～75％板条的马氏体构成。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的热轧轻质高强钢的金相照片；图2为本发明实施例1制得热轧轻质高强钢的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明首先提供了热轧轻质高强钢，其化学成分按重量百分比计包括：C：0.15～0.25％，Si：0.20～0.50％，Mn：4.5～5.3％，Als：2.5～3.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Nb：0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明制备的热轧轻质高强钢中各化学元素的作用如下：

碳：C是钢中重要的奥氏体元素，能够稳定奥氏体组织，也能够促进降低密度。同时，C能够和钢中Nb作用生成纳米级碳化物NbC，和Mn、Al元素共同作用生成κ-碳化物((Fe,Mn)₃AlC)，二者共同作用产生析出强化，提高钢的强度。C含量过低会造成钢中奥氏体组织不稳定，钢中碳化物析出量减少，低密度钢的强度和韧性降低。但C含量过高会促进奥氏体晶界粗大κ-碳化物的形成，破坏低密度钢的延伸率，因此，本发明的C含量为0.15～0.25％，优选为0.18～0.20％。

硅：Si能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，其作用仅次于C、P，较Mn、Cr、Ti和Ni等元素强；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，从而提高其稳定性过低的Si含量难以在室温获得残余奥氏体。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；同时在退火过程中易向表面富集形成SiO₂，从而导致漏镀等表面缺陷。因此，本发明Si含量为0.20～0.50％，优选为0.25～0.35％。

锰：Mn是奥氏体化元素，添加Mn元素可扩大奥氏体相区并提高奥氏体含量，提高钢的层错能，抑制马氏体相变，使其在形变过程中产生密集的孪晶，并有效提高钢的伸长率。因此，在本发明中Mn含量为4.5～5.3％，优选为4.8～5.2％。

铝：Al的密度为2.7g/cm³，远低于7.85g/cm³的Fe密度，可以明显降低材料密度。一定的Al含量还可以显著提高钢的热变形抗力，提高钢的耐蚀性，延迟动态开裂，并且Al还可以显著提高钢的层错能，改变变形机理，含Al的中锰钢在发生猛烈碰撞时可以有一定的缓冲作用。但考虑到Al是强铁素体化元素，过高的Al含量易促进铁素体相的形成，降低奥氏体相含量。因此，本发明中Al含量为2.5～3.5％，优选为2.8～3.2％。

铌：Nb元素作为强碳化物形成元素，会与钢中C结合生成NbC第二相，并阻碍位错运动产生析出强化作用。NbC沉淀也会在晶界上起钉轧作用，从而阻止了再结晶运动，抑制奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒作用。但为了节约成本，减少对低密度钢比重的影响，Nb含量不宜过高，因此本发明中Nb含量为0.010～0.050％，优选为0.015～0.035％。

轻质钢原于中/高锰钢加铝所得，故原理大体相同，但本发明采用较低的Mn含量可获得适宜的力学性能。此外，本专利的C含量相对较低，具有较好的焊接性能。

a、冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼后铸造成板坯；

b、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、轧制和冷却后获得热轧卷；

c、酸洗工序：将热轧卷浸泡于质量浓度为65％的HCl溶液中进行氧化铁皮的清理，退火即可。

其中，热轧工序中，将板坯加热到1210～1250℃保温，然后5道次粗轧，每道次压下率≥15％；然后精轧开轧温度≥1030℃，采用7道次精轧，终轧温度为850～950℃，待铸坯冷却后进行卷取，卷取温度为620～680℃，保温2小时后，随炉空冷。

本发明将终轧温度设定在850～950℃范围是因为此温度为奥氏体区，便于加工而不会对机组造成过重的负荷，卷取温度为620～680℃较利于Nb析出从而提供沉淀强化。

实施例

本发明提供实施例1和2两组热轧轻质高强钢，其化学成分如表1所示：

表1热轧轻质高强钢化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	Als
								1	0.185	0.25	4.95	0.015	0.008	0.025	2.95
2	0.195	0.30	5.10	0.010	0.005	0.030	3.10

实施例1和2的热轧轻质高强钢的制备方法，具体工艺如下：

A、冶炼工序：经过冶炼工艺，制备如表1所示化学成分的板坯；

B、热轧工序：将板坯经过加热、热轧和热卷取，具体热轧工艺参数如表2所示；

表2热轧轻质高强钢的主要热轧工艺参数

实施例	开轧温度/℃	终轧温度/℃	卷取温度/℃
				1	1088	888	637
2	1076	921	656

经上述工艺制备的实施例1的热轧轻质高强钢的微观组织如图1和2所示，按照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》测试实施例1和2的热轧轻质高强钢的性能，其力学性能如下表3所示：

表3热轧轻质高强钢的性能

实施例	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率A<sub>80</sub>％
				1	948	1341	9.0
2	904	1290	10.0
				CN111926264A		1016	5.9
CN110438315A		1124	28.3

Claims

1.热轧轻质高强钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括：C：0.15～0.25％，Si：0.20～0.50％，Mn：4.5～5.3％，Als：2.5～3.5％，P≤0.020％，S≤0.010％，Nb：0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的热轧轻质高强钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括：C：0.18～0.20％，Si：0.25～0.35％，Mn：4.8～5.2％，Als：2.8～3.2％，P≤0.015％，S≤0.010％，Nb：0.015～0.035％，余量为Fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1或2所述的热轧轻质高强钢，其特征在于：所述热轧轻质高强钢的屈服强度为850～970MPa，抗拉强度为1250～1400MPa，伸长率A₈₀为8.0～11.0％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的热轧轻质高强钢，其特征在于：所述热轧轻质高强钢组织由25～35％铁素体和65～75％马氏体构成。

5.权利要求1～4任一项所述热轧轻质高强钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼后铸造成板坯；

6.根据权利要求5所述热轧轻质高强钢的制备方法，其特征在于：所述热轧工序中，将板坯加热到1210～1250℃保温，然后5道次粗轧，每道次压下率≥15％。

7.根据权利要求5或6所述热轧轻质高强钢的制备方法，其特征在于：所述热轧工序中，粗轧后采用7道次精轧，其终轧温度为850～950℃，冷却后卷取，卷取温度为620～680℃，然后保温，随炉空冷。

8.根据权利要求5～7任一项所述热轧轻质高强钢的制备方法，其特征在于：所述酸洗工序中HCl质量浓度为65％。