专利名称：低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢及其制备方法
技术领域：
本技术涉及到一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢及其制备方法，其主要涉及到制备一种超高强度，高扩孔率的热轧单相铁素体钢，在低碳钢中添加Ti和Mo元素能够保证单相铁素体钢在具有良好的成形性能的条件下，具备超高的强度。
背景技术：
传统的FMDP (铁素体+马氏体双相钢)中存在变形能力差异很大的两相界面，在成形过程中易在开孔部位开裂，影响扩孔性。与马氏体相比，作为第二相的贝氏体对凸缘拉伸性能和断裂韧性都具有有利的影响，具有高的扩孔率，然而，延伸率却较低。与其他多相组织如铁素体+贝氏体等相比，单相铁素体兼具良好的延伸性和极高的扩孔率，具有优异的成形性能。在保持铁素体优异成形性能的基础上，增加铁素体钢的强度，是现代高强度高扩孔钢发展的一个重要方向。随着纳米科技的发展，纳米材料在力学性能方面展现出高强度、高硬度和高韧性等独特的优势，将纳米材料和纳米技术应用到钢铁材料设计中，利用纳米尺寸析出相的沉淀强化和阻止晶粒长大技术，在保持铁素体优异成形性能的基础上，有望大幅度提高结构钢的强度和韧性。如台湾国立大学杨哲人领导的课题组与中钢集团合作开发的纳米粒子析出热轧超高强钢以及日本JFE开发的NAN0HITEN钢都是这种超高强度高扩孔率铁素体基钢。本发明通过向低碳单相铁素体钢中添加钛和钥元素，并在高温终轧，水冷后高温等温卷取使得在铁素体基体上析出大量纳米尺寸的碳化物颗粒，从而在保证单相铁素体具有良好成形性能的条件下，能够获得较高的强度。这样就能获得具有高扩孔率的低碳热轧全铁素体基超闻强钢。
发明内容
本发明的目的在于利用纳米尺寸碳化物析出强化的方法，生产一种具有良好成形性能的热乳铁素体超闻强钢。为达到上述目的，本发明的技术方案是:
一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢，其化学成分质量百分比为:
C 0.01 0.1% ；
Si 0.01 0.2% ；
Mn 0.1 0.4% ；
P < 0.01% ；
S < 0.01% ；
N < 0.01% ；
Ti 0.ΟΓΟ.2% ；
Mo 0.ΟΓΟ.2%。
本发明采用高温均热、高温终轧和高温卷取的制备方法，其包括如下步骤:
O一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢，其化学成分质量比为:c%:0.01
0.1，Si%: 0.01 0.2，Mn%:0.1 0.4，P%:彡 0.01，S%:彡 0.01，N%:彡 0.01，Ti%:
0.ΟΓΟ.2，Μο%:0.ΟΓΟ.2。其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分冶炼、铸造和锻压成钢还；
2)钢坯经125(Tl300°C加热，保温I 2小时均热后，在Ari以上高温区终轧，终轧温度在880°C 950°C，然后水冷，冷却至600 700°C，冷速在3(T50°C /s，高温卷取，卷取温度在600°C 700°C，保温f 2h后随炉冷至室温；
3)将步骤2)高温加热保温后得到的钢坯进行热轧，热轧压下率在80% 90%之间，得到最终的热轧产品，该产品广泛应用于汽车座椅、汽车结构加强件等。进一步的:所述步骤2中钢坯经高温1250°C加热，保温1.5h以上，高温终轧温度为950°C ;卷取温度为60(T620°C。当终轧温度为950°C时，其组织为等轴的铁素体，变形拉长的铁素体无。利用高温卷取析出大量纳米尺寸碳化物是本发明在保证铁素体钢本身良好成形性的前提下，提高其强度的主要特征。各元素的含量要求和作用:
C:C化物形成元素，与Ti和Mo元素在高温等温卷取时以(Ti，Mo) C的形式析出，起到强烈的析出强化作用。碳元素的含量不能过高，过高则会有珠光体生成以及碳化物的粗化，会使成形性变差。Si =Si是一种有效的固溶强化元素，当Si含量过高时，会加速碳化物的析出，使碳化物粗化，使成形性能变差。Mn:Mn是强固溶强化元素，当Mn含量过高时，会有偏析或硬质相形成，使成形性变差。P:P是固溶强化元素，当P含量过高时，会有偏析出现，使成形性变差。S:S是有害元素，S含量越低越好，当S含量较高时，会使成形性变差。N:N含量越低越好，当N含量较高时，会使氮化物粗化，使成形性变差。T1:Ti和C结合能够形成细小的碳化物，起到强烈的析出强化的作用，在极大提高钢的强度的同时，不会影响钢的成形性。Mo =Mo在与Ti和C形成碳化物一起析出时，能够抑制第二相碳化物粒子的长大，使得析出碳化物粒子更加细小，使析出强化的效果更加显著。本发明的有益效果:
I) 具备优异的综合力学性能。本发明涉及到的钢种的抗拉强度为700-820MPa，延伸率在19%-24%，扩孔率在100%以上。由于C的质量分数为0.01% 0.1%，不特意添加Si，因此还具备良好的焊接性。2) 操作可行，设备简单。本发明都采用常规的冶炼和轧钢设备，而且热轧工艺简易可行，目前大部分工业生产线均能在现有的设备上进行生产。3) 应用前景广泛。本发明制备出的高扩孔率热轧铁素体钢在保证良好成形性能的同时，具有极高的强度，将其应用在汽 车底盘或悬架系统上，前景可观。4) 其理想的化学成分配比，能使用传统的热轧工艺，最终的组织为全铁素体的组织，珠光体组织基本上消失，成分合金中的碳基本上以纳米级的第二相粒子形式析出。
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图1为热处理工艺不意 图2为应力应变曲线示意 图3为纳米尺寸碳化物析出形貌分布示意图。
具体实施例方式根据表I所给出的化学成分，采用电磁感应炉真空熔炼，对铸造的坯料锻造成钢坯，以进行后续工艺。图1为热处理工艺示意图。表1为各成分的质量百分数
表1_
权利要求
1.一种低碳热乳全铁素体基超高强超高扩孔率钢，其化学质量百分比如下:C 0.0l 0.1% ；Si 0.01 0.2% ；Mn 0.1 2% ； P < 0.01% ； S < 0.01% ； N < 0.01% ；Ti 0.ΟΓΟ.2% ；Mo 0.ΟΓΟ.2%。
2.如权利要求1所述的一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢的制备方法，其包括如下步骤: O一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢，其化学成分质量比为:C%:0.01 0.l，Si%: 0.01 0 .2，Mn%:0.1 2，P%:彡 0.01，S%:彡 0.01, N%:彡 0.01，Ti%:0.θΓθ.2，Μο%:0.ΟΓΟ.2 ;其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分冶炼、铸造和锻压成钢坯； 2)钢坯经125(Tl300°C加热，保温I 2小时均热后，在Ari以上高温区终轧，终轧温度在880°C 950°C，然后水冷，冷却至600 700°C，冷速在3(T50°C /s，高温卷取，卷取温度在600°C 700°C，保温f 2h后随炉冷至室温； 3)将步骤2)高温加热保温后得到的钢坯进行热轧，热轧压下率在80% 90%之间；，得到最终的热轧产品，该产品广泛应用于汽车座椅、汽车结构加强件等。
3.如权利要求2所述的一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢的制备方法，其特征在于:所述步骤2中钢坯经高温1250°C加热，保温1.5h以上，高温终轧温度为950°C ；卷取温度为60(T620°C。
全文摘要
本发明提供一种低碳热轧全铁素体基超高强超高扩孔率钢及其制备方法。所述超高强超高扩孔率钢的显微组织是单相铁素体基体组织上均匀分布着大量纳米尺寸的第二相碳化物粒子，这种纳米尺寸粒子具有强烈的析出强化作用，使得钢在拥有单相铁素体良好的延伸性和极高的扩孔率的同时，具有极高的强度。通过真空感应炉冶炼出符合设定成分控制范围的钢水并浇铸成铸坯。铸坯经过锻造和加热后，再经过热轧、水冷和卷取，制备出的这种纳米粒子强化超高强钢，最终性能满足抗拉强度在700-800MPa，延伸率在19%-24%(A50标距)，扩孔率在100%以上。本发明生产工艺简单，操作可行，可实现热轧全铁素体基超高强钢用于汽车底盘和悬架系统的生产。
文档编号C22C38/12GK103194675SQ20131011900
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者赵爱民, 黄耀, 汪小培, 赵征志, 程俊业, 汪志刚, 何建国, 曹嘉利, 丁然, 李亮 申请人:北京科技大学