一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢及制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料加工领域，设及一种室溫组织为退火马氏体基体、贝氏体和 残余奥氏体复相组织的妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 自2000年W来，中国汽车工业发展迅速，每年均W两位数的速度增长。随着我国汽 车产量的增加，汽车的安全性问题日益凸现。提高安全性主要通过车身的合理设计及选择 具有高撞击能量吸收能力的材料，即高强高塑材料。由于汽车车体零件多采用冲压成形，塑 性是汽车钢板的重要性能，良好的成形能力可W用来制备复杂的汽车零件。因此，具有强度 和塑性综合优良性能的钢种成为高强度钢板的发展趋势。可W设想，未来的汽车用钢不是 单纯的追求强度或单纯的追求塑性，而应该是一个强度和塑性良好结合的新一代钢铁材 料。为汽车制造提供轻质和安全的钢材需要研发更高强度、更高塑性和更易加工的新型汽 车用钢，运是国际汽车用钢的发展潮流。
[0003] 由美国学者Krupitzer和化imbuch率先提出的具有高强塑积性能的第S代汽车钢 的概念，代表了未来新型汽车钢的研发方向。新型汽车用钢不但可W通过高强度来达到汽 车的轻量化，而且较高的塑性提高了钢的成形能力和汽车的碰撞安全性能。Q&P钢作为第= 代汽车用钢的典型代表，具有良好的强度和塑性，特别适用于加工汽车结构件、防撞件及内 部加强板，迎合了汽车用钢减量化发展的趋势和潮流。
[0004] 复相钢中一般通过添加师、V和Ti，利用细晶强化和析出强化提高钢的性能。Nb和V 是强碳化物形成元素，能够细化晶粒且具有良好的析出强化作用，与其它元素协同既能提 高钢的强度也能改善钢的初性。V可W提高钢的泽透性，溶入铁素体中具有强化作用，可W 形成稳定的碳化物，细化晶粒，N可W强化V的作用，此外，我国蕴含丰富的V资源储量，占全 球总量的34%，居世界第一。师是微合金化元素，在钢中加少量的师可W提高钢的强度，起 到沉淀强化及晶粒细化的作用。其中NbN可有效阻止奥氏体晶粒在加热过程中的长大，起到 细化奥氏体晶粒的作用，并能改善钢的初性。可W利用V的沉淀强化和Nb的晶粒细化相结合 的方法获得更显著的强初化效果。在已公开的有关金属材料加工专利中，中国专利申请 CN201510504257.5，介绍了一种利用饥微合金化制造 TRIP型退火马氏体钢的方法。中国专 利申请CN201510504662.7,介绍了一种利用妮微合金化制造 TRIP型退火马氏体钢的方法， 其中抗拉强度达到1050MPa，强塑积达到25GPa ? % W上。上述两项专利采用新的Q&P热处理 工艺，在完全奥氏体区和两相区都保溫600s。由于保溫时间过长，在实际生产中会消耗大量 的能源，效率降低。本发明缩短了热处理的时间，可W起到节能、高效的作用。按照妮和饥的 科学配比复合加入钢中之后，不但强塑积达到30GPa ? 上，而且还具有优异的耐氨致延 迟断裂性能。
[0005] 综上所述，目前对于具有高强塑积的汽车用钢正处于发展阶段，对于妮、饥复合添 加的具有TRIP效应的汽车用钢在国内外还未见报道，而且仅使用传统工艺。因此需要根据 实验室的研究，在合金系统成分设计W及工艺控制上采取新的设计和工艺路线，才能生产 符合性能要求的第=代汽车用钢，W满足市场需求。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有更好强度和塑性，且性能稳 定的妮、饥复合添加的汽车用钢及其制造方法。
[0007] 本发明采用了如下技术方案:一种饥和妮复合添加的高强塑积汽车用钢，其化学 成分按重量百分比为：(：<0.30%、511.20~1.80%、]/1111.50~2.20%、口< 0.025%、5< 0.020%、￥0.12~0.18%、师0.03~0.08%，￥/抓=2.4~3.6，余量为尸6和不可避免的杂 质。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的制造方 法，具体包括W下步骤：
[0009] (1)热社板经酸洗后冷社，冷社压下率为45%~65%，冷社板厚1.5~2.0mm，将冷 社薄板W5°C/s升溫至完全奥氏体化溫度900~930°C，保溫100~200s，再W30°C/s降溫至 室溫得到板条马氏体组织的泽火板。
[0010] (2)将上述泽火板W5°C/s加热至两相区溫度750~860°C，保溫100~200s，再W30 °C/s降溫至贝氏体区溫度350~500°C，保溫200~500s，最后W30°C/s降溫至室溫。
[0011] 上述所述妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢，其室溫组织为:退火板条马氏 体基体、贝氏体和残余奥氏体组织。
[0012] C是奥氏体稳定元素，影响残余奥氏体的稳定性。碳元素还使马氏体的硬度得到提 高，使钢最终的抗拉强度升高。
[0013] Si主要W固溶方式存在于TRIP钢中，抑制贝氏体转变期间渗碳体的形成，使C进一 步扩散到未转变的奥氏体中，促使马氏体开始转变溫度Ms降低，形成富碳的残余奥氏体。Si 的存在有利于获得较多的残余奥氏体，从而获得大的相变诱导塑性。
[0014] Mn既能W固溶状态存在，也可W进入渗碳体中取代一部分Fe原子，还能形成硫化 物。它的作用主要是增强奥氏体稳定性，延长其转变孕育期，使铁素体和贝氏体转变容易控 审IJ，同时也促使Ms降低，形成一定体积的富碳的残余奥氏体。
[0015] V是铁素体稳定元素，一般用来抑制TRIP钢中的相变行为，并有析出强化的作用。V 是强碳化物构成元素，它在钢中主要W微量固溶于铁素体或形成碳氮化饥第二相运两种形 式存在。
[0016] Nb能够有效地控制奥氏体再结晶、晶粒长大和析出行为，能够增加钢的强度而初 性基本保持不变。Nb微合金元素可W在许多方面改善材料性能。Nb可W影响晶界的迁移，对 相变行为和碳化物的形成也有影响。Md具有显著的细化晶粒的作用，使碳在残余奥氏体中 的含量升高，阻碍贝氏体的形成，促使马氏体形核等。
[0017] 本发明由于采用W上技术方案，使之妮、饥复合添加的高强塑积汽车用钢，其屈服 强度巧501口日，抗拉强度〉10001口日，断后伸长率八>30%，强塑积>306口3*%。
[0018] 进一步的作为优选的技术方案，上述所述妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用 钢，其屈服强度=658MPa，抗拉强度=1 IOOMPa，般后伸长率A = 32 . 1 %，强塑积= 35.3G化? ％。
[0019] 本发明采用妮、饥复合添加，通过妮、饥细化晶粒W及碳氮化物等的析出改善了汽 车用钢的强初性，从而提高了钢的综合力学性能。尤其是采用该热处理工艺，得到了弥散分 布于退火马氏体板条之间的薄膜状残余奥氏体组织W及贝氏体组织，使汽车用钢的组织性 能更加稳定。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的冷社金相照片。
[0021] 图2为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的热处理后的金相照片。
[0022] 图3为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的热处理后的扫描照片。
[0023] 图4为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的热处理后的透射照片。
[0024] 图5为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的实施例1热处理后的XRD 结果。
[0025] 图6为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的实施例2热处理后的XRD 结果。
[0026] 图7为本发明妮、饥复合添加的具有高强塑积汽车用钢的实施例3热处理后的XRD 结果。
【具体实施方式】
[0027] 下面W附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[002引实施例1:
[0029] 首先按照上述成分范围进行冶炼、连铸，然后检测铸巧的成分，见表1。
[0030] 表1铸巧的成分(Wt. % )
[003引按照表1和表2制得的高强塑积汽车用钢的XRD结果见图5和表4。[0039]表4残余奥氏体含量
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0040]
[0041] 从表3可W看出各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度为632MPa，抗拉 强度为l〇85MPa，伸长率为32%，强塑积34.7G化? ％。金相和扫描照片如图2、图3所示，透射 照片如图4所示，薄膜状残余奥氏体分布于板条状退火马氏体之间，板条状贝氏体呈块状分 布。残余奥氏体体积分数为13.34 %，残余奥氏体含碳量为1.09 %。
[0042] 实施例2:
[0043] 首先按照上述成分范围进行冶炼、连铸，然后检测铸巧的成分，见表5。
[0044] 表5铸巧的成分(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]从表7可W看出各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度为649MPa，抗拉 强度为l〇74MPa，伸长率为31.6%，强塑积33.9GPa ? %。金相和扫描照片如图2、图3所示，透 射照片如图4所示，薄膜状残余奥氏体分布于板条状退火马氏体之间，板条状贝氏体呈块状 分布。残余奥氏体体积分数为13.48%，残余奥氏体含碳量为1.12%。
[0化7]实施例3:
[0058] 首先按照上述成分范围进行冶炼、连铸，然后检测铸巧的成分，见表9。
[0059] 表9铸巧的成分(wt.%)
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067]
[006引
[0069]
[0070] 从表11可W看出各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度为658M化，抗 拉强度为1 IOOMPa，伸长率为32.1 %，强塑积35.3GPa ? %。金相和扫描照片如图2、图3所示， 透射照片如图4所示，薄膜状残余奥氏体分布于板条状退火马氏体之间，板条状贝氏体呈块 状分布。残余奥氏体体积分数为15.26 %，残余奥氏体含碳量为0.95 %。
[0071] 按照上述成分和工艺参数设计，各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强 度巧501口曰，抗拉强度〉10001口曰，断后伸长率八>30%，强塑积>306口曰-%。扫描金相照片如 图2所示，由退火马氏体、贝氏体和残余奥氏体组成。钢中存有部分残余奥氏体，使钢在变形 时发生TRIP效应，增加钢的强塑性。综上可见，本发明中妮、饥复合添加的汽车用钢具有优 异的强初性能。
[0072] 最后所应说明的是，W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢，其特征在于:其化学成分按重量百分 比为：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，余量为?6和不可避免的杂质。2. -种如权利要求1所述的铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的制造方法，其特 征在于具体包括以下步骤： (1) 热乳板经酸洗后冷乳，冷乳压下率为45 %~65 %，冷乳板厚1.5~2.0mm，将冷乳薄 板以5°C/s升温至完全奥氏体化温度900~930°C，保温100~200s，再以30°C/s降温至室温 得到板条马氏体组织的淬火板； (2) 将上述淬火板以5°C/s加热至两相区温度750~860°C，保温100~200s，再以30°C/s 降温至贝氏体区温度350~500°C，保温200~500s，最后以30°C/s降温至室温。3. 根据权利要求2所述的铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的制造方法，其特征 在于:汽车用钢的室温组织为:退火马氏体基体、贝氏体和残余奥氏体组织。4. 根据权利要求2所述铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢的的制造方法，其特征 在于:高强塑积汽车用钢屈服强度>550MPa，抗拉强度>1000MPa，煅后伸长率A 2 30%，强塑 积之 30GPa · %。
【专利摘要】本发明公开了一种铌、钒复合添加的具有高强塑积汽车用钢及其制造方法，属于金属材料加工领域。铌、钒复合添加的具有高塑积汽车用钢的组分及重量百分比含量为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。V/Nb＝2.4～3.6，钢中的Nb和V的复合添加起到细晶强化和析出强化的作用，铌和钒的科学配比改善了汽车用钢的强韧性。本发明制备的减量化、高强塑积汽车用钢的组织为退火马氏体基体、贝氏体和残余奥氏体，屈服强度>550MPa，抗拉强度>1000MPa，断后伸长率A≥30％，强塑积≥30GPa·％。
【IPC分类】C22C38/04, C21D8/02, C22C38/12, C22C38/02
【公开号】CN105714189
【申请号】CN201610274829
【发明人】于浩, 李莉莉, 宋成浩, 卢军
【申请人】北京科技大学