一種鈮、釩復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，設(shè)及一種室溫組織為退火馬氏體基體、貝氏體和 殘余奧氏體復(fù)相組織的妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自2000年W來(lái)，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展迅速，每年均W兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)。隨著我國(guó)汽 車(chē)產(chǎn)量的增加，汽車(chē)的安全性問(wèn)題日益凸現(xiàn)。提高安全性主要通過(guò)車(chē)身的合理設(shè)計(jì)及選擇 具有高撞擊能量吸收能力的材料，即高強(qiáng)高塑材料。由于汽車(chē)車(chē)體零件多采用沖壓成形，塑 性是汽車(chē)鋼板的重要性能，良好的成形能力可W用來(lái)制備復(fù)雜的汽車(chē)零件。因此，具有強(qiáng)度 和塑性綜合優(yōu)良性能的鋼種成為高強(qiáng)度鋼板的發(fā)展趨勢(shì)?？蒞設(shè)想，未來(lái)的汽車(chē)用鋼不是 單純的追求強(qiáng)度或單純的追求塑性，而應(yīng)該是一個(gè)強(qiáng)度和塑性良好結(jié)合的新一代鋼鐵材 料。為汽車(chē)制造提供輕質(zhì)和安全的鋼材需要研發(fā)更高強(qiáng)度、更高塑性和更易加工的新型汽 車(chē)用鋼，運(yùn)是國(guó)際汽車(chē)用鋼的發(fā)展潮流。
[0003] 由美國(guó)學(xué)者Krupitzer和化imbuch率先提出的具有高強(qiáng)塑積性能的第S代汽車(chē)鋼 的概念，代表了未來(lái)新型汽車(chē)鋼的研發(fā)方向。新型汽車(chē)用鋼不但可W通過(guò)高強(qiáng)度來(lái)達(dá)到汽 車(chē)的輕量化，而且較高的塑性提高了鋼的成形能力和汽車(chē)的碰撞安全性能。Q&P鋼作為第= 代汽車(chē)用鋼的典型代表，具有良好的強(qiáng)度和塑性，特別適用于加工汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、防撞件及內(nèi) 部加強(qiáng)板，迎合了汽車(chē)用鋼減量化發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。
[0004] 復(fù)相鋼中一般通過(guò)添加師、V和Ti，利用細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高鋼的性能。Nb和V 是強(qiáng)碳化物形成元素，能夠細(xì)化晶粒且具有良好的析出強(qiáng)化作用，與其它元素協(xié)同既能提 高鋼的強(qiáng)度也能改善鋼的初性。V可W提高鋼的澤透性，溶入鐵素體中具有強(qiáng)化作用，可W 形成穩(wěn)定的碳化物，細(xì)化晶粒，N可W強(qiáng)化V的作用，此外，我國(guó)蘊(yùn)含豐富的V資源儲(chǔ)量，占全 球總量的34%，居世界第一。師是微合金化元素，在鋼中加少量的師可W提高鋼的強(qiáng)度，起 到沉淀強(qiáng)化及晶粒細(xì)化的作用。其中NbN可有效阻止奧氏體晶粒在加熱過(guò)程中的長(zhǎng)大，起到 細(xì)化奧氏體晶粒的作用，并能改善鋼的初性?？蒞利用V的沉淀強(qiáng)化和Nb的晶粒細(xì)化相結(jié)合 的方法獲得更顯著的強(qiáng)初化效果。在已公開(kāi)的有關(guān)金屬材料加工專(zhuān)利中，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) CN201510504257.5，介紹了一種利用饑微合金化制造 TRIP型退火馬氏體鋼的方法。中國(guó)專(zhuān) 利申請(qǐng)CN201510504662.7,介紹了一種利用妮微合金化制造 TRIP型退火馬氏體鋼的方法， 其中抗拉強(qiáng)度達(dá)到1050MPa，強(qiáng)塑積達(dá)到25GPa ? % W上。上述兩項(xiàng)專(zhuān)利采用新的Q&P熱處理 工藝，在完全奧氏體區(qū)和兩相區(qū)都保溫600s。由于保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)消耗大量 的能源，效率降低。本發(fā)明縮短了熱處理的時(shí)間，可W起到節(jié)能、高效的作用。按照妮和饑的 科學(xué)配比復(fù)合加入鋼中之后，不但強(qiáng)塑積達(dá)到30GPa ? 上，而且還具有優(yōu)異的耐氨致延 遲斷裂性能。
[0005] 綜上所述，目前對(duì)于具有高強(qiáng)塑積的汽車(chē)用鋼正處于發(fā)展階段，對(duì)于妮、饑復(fù)合添 加的具有TRIP效應(yīng)的汽車(chē)用鋼在國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)報(bào)道，而且僅使用傳統(tǒng)工藝。因此需要根據(jù) 實(shí)驗(yàn)室的研究，在合金系統(tǒng)成分設(shè)計(jì)W及工藝控制上采取新的設(shè)計(jì)和工藝路線，才能生產(chǎn) 符合性能要求的第=代汽車(chē)用鋼，W滿足市場(chǎng)需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有更好強(qiáng)度和塑性，且性能穩(wěn) 定的妮、饑復(fù)合添加的汽車(chē)用鋼及其制造方法。
[0007] 本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:一種饑和妮復(fù)合添加的高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼，其化學(xué) 成分按重量百分比為：(：<0.30%、511.20~1.80%、]/1111.50~2.20%、口< 0.025%、5< 0.020%、￥0.12~0.18%、師0.03~0.08%，￥/抓=2.4~3.6，余量為尸6和不可避免的雜 質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供上述妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的制造方 法，具體包括W下步驟：
[0009] (1)熱社板經(jīng)酸洗后冷社，冷社壓下率為45%~65%，冷社板厚1.5~2.0mm，將冷 社薄板W5°C/s升溫至完全奧氏體化溫度900~930°C，保溫100~200s，再W30°C/s降溫至 室溫得到板條馬氏體組織的澤火板。
[0010] (2)將上述澤火板W5°C/s加熱至兩相區(qū)溫度750~860°C，保溫100~200s，再W30 °C/s降溫至貝氏體區(qū)溫度350~500°C，保溫200~500s，最后W30°C/s降溫至室溫。
[0011] 上述所述妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼，其室溫組織為:退火板條馬氏 體基體、貝氏體和殘余奧氏體組織。
[0012] C是奧氏體穩(wěn)定元素，影響殘余奧氏體的穩(wěn)定性。碳元素還使馬氏體的硬度得到提 高，使鋼最終的抗拉強(qiáng)度升高。
[0013] Si主要W固溶方式存在于TRIP鋼中，抑制貝氏體轉(zhuǎn)變期間滲碳體的形成，使C進(jìn)一 步擴(kuò)散到未轉(zhuǎn)變的奧氏體中，促使馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度Ms降低，形成富碳的殘余奧氏體。Si 的存在有利于獲得較多的殘余奧氏體，從而獲得大的相變誘導(dǎo)塑性。
[0014] Mn既能W固溶狀態(tài)存在，也可W進(jìn)入滲碳體中取代一部分Fe原子，還能形成硫化 物。它的作用主要是增強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其轉(zhuǎn)變?cè)杏冢硅F素體和貝氏體轉(zhuǎn)變?nèi)菀卓?審IJ，同時(shí)也促使Ms降低，形成一定體積的富碳的殘余奧氏體。
[0015] V是鐵素體穩(wěn)定元素，一般用來(lái)抑制TRIP鋼中的相變行為，并有析出強(qiáng)化的作用。V 是強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素，它在鋼中主要W微量固溶于鐵素體或形成碳氮化饑第二相運(yùn)兩種形 式存在。
[0016] Nb能夠有效地控制奧氏體再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大和析出行為，能夠增加鋼的強(qiáng)度而初 性基本保持不變。Nb微合金元素可W在許多方面改善材料性能。Nb可W影響晶界的遷移，對(duì) 相變行為和碳化物的形成也有影響。Md具有顯著的細(xì)化晶粒的作用，使碳在殘余奧氏體中 的含量升高，阻礙貝氏體的形成，促使馬氏體形核等。
[0017] 本發(fā)明由于采用W上技術(shù)方案，使之妮、饑復(fù)合添加的高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼，其屈服 強(qiáng)度巧501口日，抗拉強(qiáng)度〉10001口日，斷后伸長(zhǎng)率八>30%，強(qiáng)塑積>306口3*%。
[0018] 進(jìn)一步的作為優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用 鋼，其屈服強(qiáng)度=658MPa，抗拉強(qiáng)度=1 IOOMPa，般后伸長(zhǎng)率A = 32 . 1 %，強(qiáng)塑積= 35.3G化? ％。
[0019] 本發(fā)明采用妮、饑復(fù)合添加，通過(guò)妮、饑細(xì)化晶粒W及碳氮化物等的析出改善了汽 車(chē)用鋼的強(qiáng)初性，從而提高了鋼的綜合力學(xué)性能。尤其是采用該熱處理工藝，得到了彌散分 布于退火馬氏體板條之間的薄膜狀殘余奧氏體組織W及貝氏體組織，使汽車(chē)用鋼的組織性 能更加穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的冷社金相照片。
[0021] 圖2為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的熱處理后的金相照片。
[0022] 圖3為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的熱處理后的掃描照片。
[0023] 圖4為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的熱處理后的透射照片。
[0024] 圖5為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的實(shí)施例1熱處理后的XRD 結(jié)果。
[0025] 圖6為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的實(shí)施例2熱處理后的XRD 結(jié)果。
[0026] 圖7為本發(fā)明妮、饑復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的實(shí)施例3熱處理后的XRD 結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面W附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[002引實(shí)施例1:
[0029] 首先按照上述成分范圍進(jìn)行冶煉、連鑄，然后檢測(cè)鑄巧的成分，見(jiàn)表1。
[0030] 表1鑄巧的成分(Wt. % )
[003引按照表1和表2制得的高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的XRD結(jié)果見(jiàn)圖5和表4。[0039]表4殘余奧氏體含量
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0040]
[0041] 從表3可W看出各個(gè)力學(xué)性能均達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，屈服強(qiáng)度為632MPa，抗拉 強(qiáng)度為l〇85MPa，伸長(zhǎng)率為32%，強(qiáng)塑積34.7G化? ％。金相和掃描照片如圖2、圖3所示，透射 照片如圖4所示，薄膜狀殘余奧氏體分布于板條狀退火馬氏體之間，板條狀貝氏體呈塊狀分 布。殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)為13.34 %，殘余奧氏體含碳量為1.09 %。
[0042] 實(shí)施例2:
[0043] 首先按照上述成分范圍進(jìn)行冶煉、連鑄，然后檢測(cè)鑄巧的成分，見(jiàn)表5。
[0044] 表5鑄巧的成分(wt.%)
[0045]
[0046]
[0047]
[004引
[0049]
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[0056]從表7可W看出各個(gè)力學(xué)性能均達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，屈服強(qiáng)度為649MPa，抗拉 強(qiáng)度為l〇74MPa，伸長(zhǎng)率為31.6%，強(qiáng)塑積33.9GPa ? %。金相和掃描照片如圖2、圖3所示，透 射照片如圖4所示，薄膜狀殘余奧氏體分布于板條狀退火馬氏體之間，板條狀貝氏體呈塊狀 分布。殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)為13.48%，殘余奧氏體含碳量為1.12%。
[0化7]實(shí)施例3:
[0058] 首先按照上述成分范圍進(jìn)行冶煉、連鑄，然后檢測(cè)鑄巧的成分，見(jiàn)表9。
[0059] 表9鑄巧的成分(wt.%)
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067]
[006引
[0069]
[0070] 從表11可W看出各個(gè)力學(xué)性能均達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，屈服強(qiáng)度為658M化，抗 拉強(qiáng)度為1 IOOMPa，伸長(zhǎng)率為32.1 %，強(qiáng)塑積35.3GPa ? %。金相和掃描照片如圖2、圖3所示， 透射照片如圖4所示，薄膜狀殘余奧氏體分布于板條狀退火馬氏體之間，板條狀貝氏體呈塊 狀分布。殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)為15.26 %，殘余奧氏體含碳量為0.95 %。
[0071] 按照上述成分和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，各個(gè)力學(xué)性能均達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，屈服強(qiáng) 度巧501口曰，抗拉強(qiáng)度〉10001口曰，斷后伸長(zhǎng)率八>30%，強(qiáng)塑積>306口曰-%。掃描金相照片如 圖2所示，由退火馬氏體、貝氏體和殘余奧氏體組成。鋼中存有部分殘余奧氏體，使鋼在變形 時(shí)發(fā)生TRIP效應(yīng)，增加鋼的強(qiáng)塑性。綜上可見(jiàn)，本發(fā)明中妮、饑復(fù)合添加的汽車(chē)用鋼具有優(yōu) 異的強(qiáng)初性能。
[0072] 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鈮、釩復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼，其特征在于:其化學(xué)成分按重量百分 比為：C<0.30%、Si 1.20 ~1·80%、Μη 1.50 ~2.20%、P<0.025%、S<0.020%、V0.12~ 0.18%、Nb 0.03~0.08%，V/Nb = 2.4~3.6，余量為?6和不可避免的雜質(zhì)。2. -種如權(quán)利要求1所述的鈮、釩復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的制造方法，其特 征在于具體包括以下步驟： (1) 熱乳板經(jīng)酸洗后冷乳，冷乳壓下率為45 %~65 %，冷乳板厚1.5~2.0mm，將冷乳薄 板以5°C/s升溫至完全奧氏體化溫度900~930°C，保溫100~200s，再以30°C/s降溫至室溫 得到板條馬氏體組織的淬火板； (2) 將上述淬火板以5°C/s加熱至兩相區(qū)溫度750~860°C，保溫100~200s，再以30°C/s 降溫至貝氏體區(qū)溫度350~500°C，保溫200~500s，最后以30°C/s降溫至室溫。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈮、釩復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的制造方法，其特征 在于:汽車(chē)用鋼的室溫組織為:退火馬氏體基體、貝氏體和殘余奧氏體組織。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述鈮、釩復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的的制造方法，其特征 在于:高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼屈服強(qiáng)度>550MPa，抗拉強(qiáng)度>1000MPa，煅后伸長(zhǎng)率A 2 30%，強(qiáng)塑 積之 30GPa · %。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈮、釩復(fù)合添加的具有高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼及其制造方法，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。鈮、釩復(fù)合添加的具有高塑積汽車(chē)用鋼的組分及重量百分比含量為：C≤0.30％、Si1.20～1.80％、Mn1.50～2.20％、P≤0.025％、S≤0.020％、V0.12～0.18％、Nb0.03～0.08％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。V/Nb＝2.4～3.6，鋼中的Nb和V的復(fù)合添加起到細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用，鈮和釩的科學(xué)配比改善了汽車(chē)用鋼的強(qiáng)韌性。本發(fā)明制備的減量化、高強(qiáng)塑積汽車(chē)用鋼的組織為退火馬氏體基體、貝氏體和殘余奧氏體，屈服強(qiáng)度>550MPa，抗拉強(qiáng)度>1000MPa，斷后伸長(zhǎng)率A≥30％，強(qiáng)塑積≥30GPa·％。
【IPC分類(lèi)】C22C38/04, C21D8/02, C22C38/12, C22C38/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105714189
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610274829
【發(fā)明人】于浩, 李莉莉, 宋成浩, 盧軍
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)