本发明属于高强塑积冷轧汽车用钢技术领域，具体涉及一种强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢及其制备方法。
背景技术：
面对汽车保有量增加与资源紧缺、环境污染之间的矛盾，汽车工业在提高安全性、燃油经济性、耐用性和舒适性等方面的要求越来越苛刻，汽车轻量化逐渐发展成为一种必然趋势。将先进高强钢作为汽车车身结构件的制造材料，可以在保证结构件高安全性的同时大幅度降低零件质量，从而实现汽车的轻量化与节能减排。
实际上，汽车用先进高强度钢最早是上世纪70年代开始发展起来的。第一代汽车钢包括主要包含双相钢(dp)、马氏体钢(mart)、复相钢(cp)、if钢、相变诱发塑性钢(trip)等钢种，但是15gpa·％的强塑积水平无法满足新时代汽车轻量化的要求。第二代汽车钢强塑积可达60gpa·％，如孪晶诱导塑性钢(twip)、奥氏体不锈钢等，强塑积可达60gpa·％以上，但是其合金含量高、生产工艺控制困难，导致其成本较高，难以实现大规模工业生产。第三代汽车钢以高硬度的马氏体、纳米析出强化的铁素体或是超细晶的铁素体为基体，充分发挥残余奥氏体的trip效应和超细晶多相基体组织应力应变协调效应，强塑积在30gpa·％以上，典型代表钢种包括中锰钢、trip钢等。目前，这种高强度、高成形性、高性价比的第三代汽车用钢引起了国内外学者的广泛关注。
专利申请号为201611262468.3的专利公开了一种高强塑积冷轧trip钢及其制备方法，经冶炼、热轧、冷轧、预淬火、退火等步骤，冷轧钢板的强塑积可达25～33gpa·％。专利申请号为201610927995.5的专利公开c：0.1-0.3％，si：0.3-3.5％，mn：3.0-15.0％，al：1.0-3.5％，v，ti，nb各≤0.2％成分体系的中锰钢经热轧、淬火+回火、冷轧、退火可以得到屈服强度590～970mpa，抗拉强度980～1440mpa，总延伸率30～42％，强塑积40gpa·％以上的钢板。
综上所述，目前的的研究成果多依靠高含量的合金元素甚至稀土元素，或者复杂制备工艺来获得理想的高强塑积匹配，但是随着而来的焊接性和成本问题不可忽略。而本发明的实验用钢成分体系仅为fe、mn、al、c等常规元素，成本较低，同时制备工艺简化为传统冷轧+退火，操作简单，得到抗拉强度960～1052mpa，断后延伸率47.0～56.5％，强塑积45gpa·％以上，最大达到59gpa·％的高强韧汽车用钢。满足汽车轻量化发展趋势，具有重要的经济意义和实用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢及其制备方法，通过合理配比合金元素，精确控制组织状态，优化热处理工艺，从而得到密度低、强度高、塑性优良且成形性良好的冷轧汽车钢板。其密度为6.83～6.94g/cm3，抗拉强度在960～1052mpa，断后延伸率47.0～56.5％，强塑积可达45～59gpa·％。
为实现上述目的，本发明设计了一种强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢，化学成分质量百分比分别为：c：0.40～0.60％，mn：7.5～8.5％，al：2.5～3.5％，si：0.1～0.2％，p≤0.02％，s≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。
进一步地，c：0.45～0.55％，mn：7.5～8.0％，al：2.5～3.0％，si：0.1～0.2％，p≤0.02％，s≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质；al含量优选为2.5～3.0％，降低钢板密度的同时，防止过高al含量促进高温铁素体形成，轧后出现带状组织，热处理后难以消除，影响钢板力学性能；c含量优选为0.45～0.55％，mn含量优选为7.5～8.0％，适当的mn、c元素配比，有利于调控奥氏体含量及其稳定性，保证室温下得到一定含量的残余奥氏体。
进一步地，上述汽车用高强韧钢的微观组织为奥氏体+马氏体+铁素体，其中奥氏体含量可以达到38.5％～45.2％(质量百分比)，优异力学性能是通过细晶强化、形变强化、相变强化、孪晶强化等多种强化机制综合作用实现的。
相应地，本发明还提供了上述高强塑积汽车用钢的制备方法，其工艺流程为：原料准备；冶炼；铸造；锻造；热轧；一次退火；冷轧；二次退火。
进一步地，上述热轧步骤中：热轧前需在1180℃保温2h，开轧温度1100～1150℃，终轧温度850～900℃，6道次轧制成厚度为4.5mm的板材，轧后空冷至室温。
进一步地，上述一次退火步骤中，一次退火的温度范围是650～750℃，时间为1～2h，主要目的为消除内应力，适当降低强度，便于冷轧压下变形。
进一步地，上述冷轧步骤中，冷轧前用3～5％稀盐酸洗溶液酸洗10～20min，冷轧后板厚为2.20～2.25mm，冷轧压下率不得少于50％。
进一步地，上述二次退火步骤中，二次退火的温度范围是700～750℃，时间为30～180min，退火目的在于提高组织和成分的均匀性，促进静态再结晶的发生而细化晶粒，提高塑性。
本发明采用成分-组织-性能相互耦合作用的设计理念，提供了一种低密度高强塑积的汽车用高强韧钢，密度仅为6.83～6.94g/cm3，抗拉强度在960～1052mpa，断后延伸率47.0～56.5％，强塑积可达45～59gpa·％。具有强度与塑性的良好配合，极大地提高了钢的成形性和碰撞吸收能，合金成分简单，生产成本低，热处理方案易控，符合汽车轻量化发展要求，适于钢铁企业常规化、批量化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3和4制备的强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢的sem组织形貌，其中：(a)为实施例1的高强塑积汽车用高强韧钢的sem形貌图像；(b)为实施例2的高强塑积汽车用高强韧钢的sem形貌图像；(c)为实施例3的高强塑积汽车用高强韧钢的sem形貌图像；(d)为实施例4的高强塑积汽车用高强韧钢的sem形貌图像。
图2为本发明实施例1、2、3和4制备的强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢的xrd图谱。
图3为本发明实施例1、2、3和4制备的强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢的工程应力-工程应变曲线。
图4为本发明实施例1制备的强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢的tem形貌图像及衍射光斑。
图5为本发明强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明一种强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢，所述汽车用高强韧钢的化学成分质量百分比分别为：c：0.40～0.60％，mn：7.5～8.5％，al：2.5～3.5％，si：0.1～0.2％，p≤0.02％，s≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。
一种强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢，所述汽车用高强韧钢的化学成分质量百分比分别为：c：0.45～0.55％，mn：7.5～8.0％，al：2.5～3.0％，si：0.1～0.2％，p≤0.02％，s≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。
一种所述的强塑积大于45gpa·％的汽车用高强韧钢的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：按照设计成分分别称取各个原料，依次进行冶炼、铸造和锻造；
步骤2：然后经过热轧、一次退火、冷轧和二次退火，即得到汽车用高强韧钢。
所述热轧前需在1180℃保温2h，开轧温度1100～1150℃，终轧温度850～900℃，6道次轧制成厚度为4.5mm的板材，轧后空冷至室温。
所述一次退火的温度范围是650～750℃，时间为1～2h。
所述冷轧前用3～5％稀盐酸洗溶液酸洗10～20min，冷轧后板厚为2.20～2.25mm，冷轧压下率不得少于50％。
所述二次退火的温度范围是700～750℃，时间为30～180min。
所述汽车用高强韧钢的微观组织为奥氏体+马氏体+铁素体。
所述汽车用高强韧钢的密度为6.83～6.94g/cm3，抗拉强度在960～1052mpa，断后延伸率47.0～56.5％，强塑积可达45～59gpa·％。
实施例1
钢的化学成分及质量百分比如下：c：0.42％，mn:7.53％，al：2.54％，si：0.15％，余为fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭，将钢锭加热至1200℃保温2h，锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h，经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板，终轧温度850～900℃，随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火，700℃保温30min，空冷至室温。
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试，sem组织形貌图像如图1(a)所示，xrd表征结果如图2所示，其中奥氏体含量为40.5％；根据gb/t228-2002“金属材料室温拉伸试验方法”将热处理后钢板加工成标准拉伸试样，工程应力-工程应变曲线如图3所示；tem透射图像及选取衍射光斑如图4所示。
实施例2
钢的化学成分及质量百分比如下：c：0.58％，mn:7.62％，al：3.17％，si：0.14％，余为fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭，将钢锭加热至1200℃保温2h，锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h，经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板，终轧温度850～900℃，随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火，700℃保温60min，空冷至室温。
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试，sem组织形貌图像如图1(b)所示，xrd表征结果如图2所示，奥氏体含量为38.3％；工程应力-工程应变曲线如图3所示。
实施例3
钢的化学成分及质量百分比如下：c：0.52％，mn:7.78％，al：2.75％，si：0.18％，余为fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭，将钢锭加热至1200℃保温2h，锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h，经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板，终轧温度850～900℃，随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火，700℃保温180min，空冷至室温。
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试，sem组织形貌图像如图1(c)所示，xrd表征结果如图2所示，其中奥氏体含量为35.2％；工程应力-工程应变曲线如图3所示。
实施例4
钢的化学成分及质量百分比如下：c：0.55％，mn:7.96％，al：2.90％，si：0.12％，余为fe及不可避免杂质。真空感应炉冶炼后浇铸成锭，将钢锭加热至1200℃保温2h，锻造成钢坯。
将钢坯加热至1180℃保温2h，经6道次热轧成厚度为4.5mm的钢板，终轧温度850～900℃，随后空冷至室温。
将热轧后的钢板在加热炉中进行一次退火，750℃保温30min，空冷至室温。
表1本发明钢的力学性能
对本实例所制备的高强塑积汽车用高强韧钢进行相关性能测试，sem组织形貌图像如图1(d)所示，xrd表征结果如图2所示，奥氏体含量为48.5％；工程应力-工程应变曲线如图3所示。