具有优异的刚度和延性的铁素体轻质高强度钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有优异的刚度和延性的铁素体轻质高强度钢板及其制造方法， 更具体而言，涉及一种可主要用于汽车内部和外部或结构面板的具有优异的刚度和延性的 铁素体轻质高强度钢板，以及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 近来，关于用于汽车的钢板，随着对于汽车燃料消耗中的经济和汽车碰撞过程中 的乘客安全的要求的不断提高，用于汽车的钢的强度逐渐提高，同时，由于成形的汽车零部 件的复杂性和整体性的趋势，需要具有较高水平的成形性的钢板。此外，根据使用代替石油 的新燃料的汽车的出现，由于预期汽车燃油系统（包括电池）的重量相比目前的内燃机燃 料系统将大大增加，需要开发一种能够显著降低汽车车身的重量的轻质材料。
[0003] 由于钢具有显著优于铝和镁的强度和延性，并且其生产成本也相对较低，目前通 过减小常规高强度和高延性钢板的厚度实现车身的减重。然而，在未满足采用替代燃料的 未来汽车所要求的重量减轻的量的情况下，有色轻质金属（如铝或镁）的使用是不可避免 的。
[0004] 因此，已实施通过添加铝（Al)(轻质元素）至钢中的具有相比常规钢降低的比重 的钢的开发。这种轻质钢通常分为多相、奥氏体和铁素体钢，针对铁素体轻质钢的一个一般 技术公开于日本专利公告第2005-273004号中。该技术用于通过将2. 0%至10. 0%的铝 添加至超低碳钢中来制造铁素体轻质钢，但是降低比重的作用可能较低，并且抗拉强度X 伸长率（TSXEl)可能显著地较低。另一技术公开于日本专利申请公告第2006-176843号 中。该技术用于通过包括0.8 %至1.2 %的碳，添加10 %至30 %的锰（Mn)和8 %至12 %的 铝（A1)，以及包括尽可能低的量的（Fe, MrO3AlC来制造轻质钢，但是拉拔性可能较低。另 一技术公开于日本专利申请公告第2006-149204号中。该技术通过控制组织来保证刚度和 延性，但抗拉强度只达到400MPa的水平。公开了一些具有620MPa抗拉强度的钢，但其伸 长率只有25%，并且由于加工（如拉拔）过程中的拉杯（drawn cup)中的呈山形式的高凸 耳，拉杯的高度的3%以上被切去。另一技术公开于日本专利申请公告第2003-355229号 中。该技术用于制造包括0.01 %至5%的碳（C)、0. 01 %至5.0%的Mn、3%至10%的Al的 钢，并通过添加大量的Al降低了比重。然而，由于热轧和冷轧裂纹的限制，热轧后的热处理 (包括冷却）温度和冷压缩率（cold reduction rate)可能受限，并且，虽然TSXEl的值 为10,000MPa%以上，然而由于TSXEl的值达不到16,000MPa%的先进的市售高强度钢的 水平，汽车零部件的加工中可能存在局限性。
【发明内容】
[0005] 技术问题
[0006] 本发明的一个方面是通过合金组成的优化控制细小析出物来防止晶粒变粗导致 的强度的降低和平面各向异性增加导致的延性的降低，从而提供具有优异的刚度和延性的 铁素体轻质高强度钢板，以及其制备方法。
[0007] 解决问题的方案
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种铁素体轻质高强度钢板，包括：0.02wt%至 0.1界1:%的碳（〇)、4￥1:%至15￥1:%的猛（]\&〇、4￥1:%至1〇￥1:%的错（六1)、2.〇￥1:%以下（不 包括0)的硅（3丨）、0.0^^%至0.3￥七％的钛（11)、0.005￥七％至0.2￥七％的锑（513)、作为剩 余部分的铁（Fe)和不可避免的杂质，其中0.25XTi/C的值在0. 17至1.0的范围内，Mn/ Al X Log (CX Ti X 10000)的值在L 0至10的范围内。
[0009] 根据本发明的另一个方面，提供了一种制备铁素体轻质高强度钢板的方法，所 述方法包括：再加热钢还，所述钢还包括0. 02wt %至0,1wt %的C、4wt %至15wt %的Μη、 4wt%至 10wt% 的 Α1、2· Owt% 以下（不包括 0)的 Si、0,01wt%至 0· 3wt% 的 Ti、0. 005wt% 至0. 2wt % Sb和作为剩余部分的Fe和不可避免的杂质，并具有0. 17至1.0范围的 0.25父11/(：的值和1.0至10范围的]\111/^1\1^(0\11\10000)的值，然后在850°〇以上 的温度热轧钢坯以获得热轧钢板；在500°C至700°C的温度范围内卷取热轧钢板。
[0010] 有益效果
[0011] 根据本发明，提供的是一种铁素体轻质高强度钢板，由于其比重比常规钢的比重 低5%以上，且由于优异的抗拉强度、屈服强度和延性从而抗拉强度X伸长率（TSXEl)的 值为17, OOOMPa以上，并且平面各向异性也较低，其能用作较薄的部件，从而在减轻重量方 面相对有效，并提供了其制造方法。
【附图说明】
[0012] 图1为示出Al含量和比重降低率之间的关系的图表；
[0013] 图2为示出0. 25Ti/C的值和屈服率之间的关系的图表；
[0014] 图3为示出平面各向异性和制耳率之间的关系的图表；以及
[0015] 图4为示出强化指数和抗拉强度之间的关系的图表。
[0016] 最佳实施方式
[0017] 下文将描述本发明。
[0018] 首先，将详细描述本发明的组成范围。
[0019] 碳（C) :0· 02wt%至 0· lwt%
[0020] 钢中的C通过形成渗碳体[(Fe，Mn)3C]、kappa(K)碳化物[(Fe，Al) 3C]和细小的 TiC的弥散强化作用来细化晶粒。此外，通过在退火过程中的再结晶处理中在析出物的周围 发生随机成核，C抑制组织的择优取向。C的含量可为0.02wt%以上从而形成适当水平的 TiC、(Fe, MrO3AlC或κ碳化物。由于渗碳体和κ碳化物随C含量的增加而增加，可提高强 度，但可降低延性。具体地，在包括铝（Al)的钢中，由于FeAl有序相和κ碳化物在铁素体 晶界的析出，可能出现脆性，因此，C的含量可为0. lwt%以下。
[0021] 猛（Mn) :4wt%至 15wt%
[0022] Mn连同C是控制本发明中的碳化物的特性并通过固溶强化提高强度的元素 。Mn 与C共存以促进碳化物的高温析出。因此，Mn通过防止碳化物在晶界处的形成来抑制热脆 性并最终有助于提高钢板的强度。另外，由于Mn通过增大钢的晶格常数来降低密度，所以 锰用于降低钢的比重。此外，在锰含量高的情况下，由于高温下的奥氏体的形成，可能发生 碳的聚集，并且，在冷却过程中可能发生共析转变或可形成残余奥氏体，以提高延性。然而， 鉴于比重的降低，具有高堆积率的奥氏体结构可减小降低比重的作用。由于对用于在高温 下仅形成适量的奥氏体的C和Mn的含量有要求，考虑到上述原因，锰的含量可为4%以上。 在锰过量加入的情况下，延性可显著提高，但用于降低比重的铝的含量必须更高。因此，可 能发生如脆性的局限性，并且奥氏体可能形成为在铁素体结构中形成条状的奥氏体簇。由 于通过形变过程中的塑性诱导转化可大大提高特定方向的奥氏体结构的形变，平面各向异 性可显著提高。因此，本发明中的锰的含量可为15%以下。
[0023] 错（Al) :4wt%至 10wt%
[0024] Al (以及C、Mn和钛（Ti))是最重要的元素之一，并且Al用于降低钢的比重。要 获得这一效果，可以以4%以上的量添加铝。可加入大量的铝以稳定铁素体结构并降低比 重，但是在这种情况下，通过大量的金属间化合物（如κ碳化物、FeAl和Fe 3Al)的形成可 显著降低钢的延性。因此，铝的含量可为10%以下。
[0025] 硅（Si) :2wt% 以下（不包括 0% )
[0026] 类似于Al，Si有效降低钢的比重并抑制铁素体中的渗碳体的析出以增加细小的 TiC或κ碳化物。因此，硅可提高钢的强度。然而，在C和Al的含量同时较高的情况下， 当Si含量大于2%时，由于有序相（如FeAl或Fe 3Al)的快速增加，可能发生脆性断裂。因 此，Si的含量可为2%以下。
[0027] 钛（Ti) :0· Olwt%至 0· 3wt%
[0028] Ti是本发明中的一个非常重要的元素。对于包括大量的铝的钢，铝（甚至在高温 下）延伸铁素体区以稳定铁素体，其中，铁素体可被恢复并在高温下以相对高的