一種鈮、釩復合添加的具有高強塑積汽車用鋼及制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料加工領域，設及一種室溫組織為退火馬氏體基體、貝氏體和 殘余奧氏體復相組織的妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 自2000年W來，中國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，每年均W兩位數(shù)的速度增長。隨著我國汽 車產量的增加，汽車的安全性問題日益凸現(xiàn)。提高安全性主要通過車身的合理設計及選擇 具有高撞擊能量吸收能力的材料，即高強高塑材料。由于汽車車體零件多采用沖壓成形，塑 性是汽車鋼板的重要性能，良好的成形能力可W用來制備復雜的汽車零件。因此，具有強度 和塑性綜合優(yōu)良性能的鋼種成為高強度鋼板的發(fā)展趨勢?？蒞設想，未來的汽車用鋼不是 單純的追求強度或單純的追求塑性，而應該是一個強度和塑性良好結合的新一代鋼鐵材 料。為汽車制造提供輕質和安全的鋼材需要研發(fā)更高強度、更高塑性和更易加工的新型汽 車用鋼，運是國際汽車用鋼的發(fā)展潮流。
[0003] 由美國學者Krupitzer和化imbuch率先提出的具有高強塑積性能的第S代汽車鋼 的概念，代表了未來新型汽車鋼的研發(fā)方向。新型汽車用鋼不但可W通過高強度來達到汽 車的輕量化，而且較高的塑性提高了鋼的成形能力和汽車的碰撞安全性能。Q&P鋼作為第= 代汽車用鋼的典型代表，具有良好的強度和塑性，特別適用于加工汽車結構件、防撞件及內 部加強板，迎合了汽車用鋼減量化發(fā)展的趨勢和潮流。
[0004] 復相鋼中一般通過添加師、V和Ti，利用細晶強化和析出強化提高鋼的性能。Nb和V 是強碳化物形成元素，能夠細化晶粒且具有良好的析出強化作用，與其它元素協(xié)同既能提 高鋼的強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化作用，可W 形成穩(wěn)定的碳化物，細化晶粒，N可W強化V的作用，此外，我國蘊含豐富的V資源儲量，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提高鋼的強度，起 到沉淀強化及晶粒細化的作用。其中NbN可有效阻止奧氏體晶粒在加熱過程中的長大，起到 細化奧氏體晶粒的作用，并能改善鋼的初性?？蒞利用V的沉淀強化和Nb的晶粒細化相結合 的方法獲得更顯著的強初化效果。在已公開的有關金屬材料加工專利中，中國專利申請 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。中國專 利申請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， 其中抗拉強度達到1050MPa，強塑積達到25GPa ? % W上。上述兩項專利采用新的Q&P熱處理 工藝，在完全奧氏體區(qū)和兩相區(qū)都保溫600s。由于保溫時間過長，在實際生產中會消耗大量 的能源，效率降低。本發(fā)明縮短了熱處理的時間，可W起到節(jié)能、高效的作用。按照妮和饑的 科學配比復合加入鋼中之后，不但強塑積達到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，目前對于具有高強塑積的汽車用鋼正處于發(fā)展階段，對于妮、饑復合添 加的具有TRIP效應的汽車用鋼在國內外還未見報道，而且僅使用傳統(tǒng)工藝。因此需要根據(jù) 實驗室的研究，在合金系統(tǒng)成分設計W及工藝控制上采取新的設計和工藝路線，才能生產 符合性能要求的第=代汽車用鋼，W滿足市場需求。
【發(fā)明內容】
[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有更好強度和塑性，且性能穩(wěn) 定的妮、饑復合添加的汽車用鋼及其制造方法。
[0007] 本發(fā)明采用了如下技術方案:一種饑和妮復合添加的高強塑積汽車用鋼，其化學 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。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供上述妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的制造方 法，具體包括W下步驟：
[0009] (1)熱社板經酸洗后冷社，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、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼，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，使鋼最終的抗拉強度升高。
[0013] Si主要W固溶方式存在于TRIP鋼中，抑制貝氏體轉變期間滲碳體的形成，使C進一 步擴散到未轉變的奧氏體中，促使馬氏體開始轉變溫度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塑性。
[0014] Mn既能W固溶狀態(tài)存在，也可W進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奧氏體穩(wěn)定性，延長其轉變孕育期，使鐵素體和貝氏體轉變容易控 審IJ，同時也促使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，一般用來抑制TRIP鋼中的相變行為，并有析出強化的作用。V 是強碳化物構成元素，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兩種形 式存在。
[0016] Nb能夠有效地控制奧氏體再結晶、晶粒長大和析出行為，能夠增加鋼的強度而初 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 相變行為和碳化物的形成也有影響。Md具有顯著的細化晶粒的作用，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上技術方案，使之妮、饑復合添加的高強塑積汽車用鋼，其屈服 強度巧501口日，抗拉強度〉10001口日，斷后伸長率八>30%，強塑積>306口3*%。
[0018] 進一步的作為優(yōu)選的技術方案，上述所述妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用 鋼，其屈服強度=658MPa，抗拉強度=1 IOOMPa，般后伸長率A = 32 . 1 %，強塑積= 35.3G化? ％。
[0019] 本發(fā)明采用妮、饑復合添加，通過妮、饑細化晶粒W及碳氮化物等的析出改善了汽 車用鋼的強初性，從而提高了鋼的綜合力學性能。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，使汽車用鋼的組織性 能更加穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的冷社金相照片。
[0021] 圖2為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的熱處理后的金相照片。
[0022] 圖3為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的熱處理后的掃描照片。
[0023] 圖4為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的熱處理后的透射照片。
[0024] 圖5為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的實施例1熱處理后的XRD 結果。
[0025] 圖6為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的實施例2熱處理后的XRD 結果。
[0026] 圖7為本發(fā)明妮、饑復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的實施例3熱處理后的XRD 結果。
【具體實施方式】
[0027] 下面W附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[002引實施例1:
[0029] 首先按照上述成分范圍進行冶煉、連鑄，然后檢測鑄巧的成分，見表1。
[0030] 表1鑄巧的成分(Wt. % )
[003引按照表1和表2制得的高強塑積汽車用鋼的XRD結果見圖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看出各個力學性能均達到所要求的性能指標，屈服強度為632MPa，抗拉 強度為l〇85MPa，伸長率為32%，強塑積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。殘余奧氏體體積分數(shù)為13.34 %，殘余奧氏體含碳量為1.09 %。
[0042] 實施例2:
[0043] 首先按照上述成分范圍進行冶煉、連鑄，然后檢測鑄巧的成分，見表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看出各個力學性能均達到所要求的性能指標，屈服強度為649MPa，抗拉 強度為l〇74MPa，伸長率為31.6%，強塑積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。殘余奧氏體體積分數(shù)為13.48%，殘余奧氏體含碳量為1.12%。
[0化7]實施例3:
[0058] 首先按照上述成分范圍進行冶煉、連鑄，然后檢測鑄巧的成分，見表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看出各個力學性能均達到所要求的性能指標，屈服強度為658M化，抗 拉強度為1 IOOMPa，伸長率為32.1 %，強塑積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。殘余奧氏體體積分數(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)設計，各個力學性能均達到所要求的性能指標，屈服強 度巧501口曰，抗拉強度〉10001口曰，斷后伸長率八>30%，強塑積>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 時發(fā)生TRIP效應，增加鋼的強塑性。綜上可見，本發(fā)明中妮、饑復合添加的汽車用鋼具有優(yōu) 異的強初性能。
[0072] 最后所應說明的是，W上實施例僅用W說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應該理解，對本發(fā)明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種鈮、釩復合添加的具有高強塑積汽車用鋼，其特征在于:其化學成分按重量百分 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。2. -種如權利要求1所述的鈮、釩復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的制造方法，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)權利要求2所述的鈮、釩復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的制造方法，其特征 在于:汽車用鋼的室溫組織為:退火馬氏體基體、貝氏體和殘余奧氏體組織。4. 根據(jù)權利要求2所述鈮、釩復合添加的具有高強塑積汽車用鋼的的制造方法，其特征 在于:高強塑積汽車用鋼屈服強度>550MPa，抗拉強度>1000MPa，煅后伸長率A 2 30%，強塑 積之 30GPa · %。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈮、釩復合添加的具有高強塑積汽車用鋼及其制造方法，屬于金屬材料加工領域。鈮、釩復合添加的具有高塑積汽車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。V/Nb＝2.4～3.6，鋼中的Nb和V的復合添加起到細晶強化和析出強化的作用，鈮和釩的科學配比改善了汽車用鋼的強韌性。本發(fā)明制備的減量化、高強塑積汽車用鋼的組織為退火馬氏體基體、貝氏體和殘余奧氏體，屈服強度>550MPa，抗拉強度>1000MPa，斷后伸長率A≥30％，強塑積≥30GPa·％。
【IPC分類】C22C38/04, C21D8/02, C22C38/12, C22C38/02
【公開號】CN105714189
【申請?zhí)枴緾N201610274829
【發(fā)明人】于浩, 李莉莉, 宋成浩, 盧軍
【申請人】北京科技大學