一种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料领域，是一种低密度、高强韧的冷轧汽车用钢板，具体涉及该 低密度钢的成分设计及制备工艺。
【背景技术】
[0002] 节能降耗、减少尾气排放是当今汽车行业亟待解决的问题，而汽车轻量化是提高 汽车的燃油经济性、节约能耗、降低排放的重要措施之一。近些年来，国内外投入了大量资 金，开发了多种高强或超高强钢板，包括TRIP、TWIP钢等，通过降低钢板厚度来降低汽车重 量。同时，一些以铝合金、镁合金、工程塑料及碳纤维复合材料为代表的轻质材料也逐渐受 到人们的青睐，被应用于轮胎、发动机等减重部件上。
[0003] -种更具有潜力的思路是，开发集低密度与高强度性能于一身的钢板。有研宄表 明，钢材的密度仅需降低10%就可以保持甚至显著提高其在汽车工业中应用的优越性和竞 争力。这种设计的理念是，向钢中添加一定量的A1元素（> 5wt. % )，在合金成分与成型 工艺的控制基础上，得到兼具低密度和高强韧性的新型汽车钢板，以保证在不牺牲汽车结 构部件强度的前提下尽量减轻汽车的自重。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是向钢中添加一定量的A1元素（> 5wt. % )，在合金成分与成型工艺 的控制基础上，得到兼具低密度和高强韧性的新型汽车钢板，以保证在不牺牲汽车结构部 件强度的前提下尽量减轻汽车的自重。
[0005] -种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法，钢中化学成分（质量百分 比）为：0? 65%~0? 75%C、14. 0%~19. 0%Mn、7. 0%~10. 5%A1、P〈0. 003%、S〈0. 002%， 余量为Fe及不可避免杂质。试验用钢的密度为6. 65~7. 05g/cm3,较纯铁降低10.0~ 16. 0%〇
[0006] 本发明开发了一种低密度、高强韧汽车用钢，其制备方法如下：
[0007] (1)根据上述的化学成分进行冶炼，锻造成矩形板坯；
[0008] (2)将板坯进行组织均匀化处理，加热温度为1150~1180°C，保温2h;
[0009] (3)板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1050~1100°C，终轧温度保 持在850~900°C，多道次轧制，保证其累计变形量80 %~90%，乳制结束后水冷至200~ 300°C，后空冷至室温；之后将热轧后钢板快速加热到950~1050°C进行固溶处理，保温 0. 5~lh后水淬处理；
[0010] (4)固溶后钢板进行冷轧变形，经过多道次轧制变形，累积压缩量为60%~80% ; 之后进行退火处理，在l〇〇〇°C保温10~15min后水淬至200~300°C，空冷至室温。
[0011] 本发明Fe-Mn-Al-C系低密度、高强韧钢具有奥氏体或奥氏体+铁素体双相组织， 具有较高的强度、良好的塑性、高的加工硬化率，变形过程中无屈服平台现象；是一种具有 高强韧性、成形性能好的汽车用钢，较传统钢铁材料和先进高强汽车用钢铁材料而言，其高 强韧性、低密度特点具备更大的开发前景与优势。本发明实现了强度与塑性的良好组合，其 强塑积（抗拉强度与断后伸长率的乘积）可达40GPa* %，远超出第三代汽车用钢（强塑积 > 30GPa? % )的要求。
[0012] 本发明具有以下优点
[0013] (1)具有优良的综合力学性能（高强度、高断后伸长率），本发明退火处理后钢板 具有强度与塑性的良好结合，具有很好的碰撞吸收性能。
[0014] (2)相比DP钢、TRIP钢及TWTP钢等汽车用结构用钢，本发明采用合理的合金元素 配比，添加了A1等轻质元素，在保证钢板优良综合力学性能的基础上，降低了钢板密度，减 重效果明显。
[0015] (3)本发明的成分设计中无需添加贵重合金，一方面降低实际工业生产成本与难 度，同时降低钢板的碳当量，利于钢板进行后续生产与焊接组装。
【附图说明】
[0016] 附图1是本发明汽车用钢板制备过程。
[0017] 附图2是本发明的一种低密度、高强韧汽车用钢板制备工艺示意图。
[0018] 附图3是本发明退火后钢板典型双相组织（SEM照片）。
[0019] 具体实施方法
[0020] 实验室环境下冶炼了三炉钢，其化学成分（质量百分比）如表1所示。
[0021] 表1试验用钢化学成分（wt. % )
[0022]
【主权项】
1. 一种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法，其特征在于化学成分质 量百分比为：〇? 65 % ~0? 75 % C、14. 0 % ~19. 0 % Mn、7. 0 % ~10. 5 % Al、P〈0. 003 %、 S〈0. 002%，余量为Fe及不可避免杂质，试验用钢的密度为6. 65~7. 05g/cm3,制备工艺步 骤包括：冶炼、锻造、钢坯加热到1150~1180°C保温后进行多道次热轧变形；热轧后钢板进 一步固溶处理，在950~1050°C保温0. 5~lh后水淬处理；接着冷轧变形，之后退火处理， 在1000°C保温10~15min后水淬。
2. 根据权利要求1所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法，其特征在 于具体步骤如下： (1) 根据权利要求1所述的合金成分体系进行冶炼，并将铸造坯料锻造成板坯； (2) 将板坯进行热轧；加热温度为1150~1180°C，保温2h组织均匀化处理，经多道次 轧制变形，累积变形量在80%~90%，乳后水淬至200~300°C，空冷至室温； (3) 钢板热轧后的固溶处理工艺采用快速加热到固溶温度950~1050°C，保温0. 5~ lh后直接水淬至200~300 °C卷取，空冷至室温； (4) 将钢板进行冷轧：根据轧机能力，经过多道次轧制变形，累积压缩量为60%~ 80% ;之后对冷轧钢板进行退火处理，空冷至室温。
3. 根据权利要求1所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法，其特征 在于：步骤（2)所述的热轧的开轧温度为1050~1100°C，终轧温度为850~900°C，温度为 200 ~300。。。
4. 根据权利要求2所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法，其特征在 于：步骤⑷所述的冷轧钢板退火温度在l〇〇〇°C，保温时间为10~15min。
5. 根据权利要求1所述的低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法，其特征在 于强塑积大于40GPa ? %。
【专利摘要】一种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板及制备方法，属于金属材料领域。本发明所述汽车用钢板的化学成分为：0.65％～0.75％C、14.0％～19.0％Mn、7.0％～10.5％Al、P<0.003％、S<0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。制备工艺步骤包括：冶炼；锻造；钢坯加热到1150～1180℃保温2h后进行多道次热轧变形，开轧温度1050～1100℃，终轧温度850～900℃，累计变形量在80％～90％，卷取温度200～300℃；热轧后钢板进一步固溶处理，在950～1050℃保温0.5～1h后水淬处理；接着冷轧变形，累积压缩量为60～80％；之后退火处理，在1000℃保温10～15min后水淬；试验用钢为奥氏体+铁素体双相组织，最终获得具有低密度、高强韧的冷轧双相汽车用钢板。本发明在保证钢板优良综合力学性能的基础上，降低了钢板密度，减重效果明显，实现了强度与塑性的良好组合，其强塑积可达40GPa·％，远超出第三代汽车用钢的要求。
【IPC分类】C22C38-06, C21D8-02
【公开号】CN104674109
【申请号】CN201510107144
【发明人】宋仁伯, 张磊峰, 赵超, 杨富强, 彭世广
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月11日