一种800MPa级高延展性的低密度钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种800MPa级高延展性的低密度钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 应用高强钢和先进高强钢替代传统低强度级别钢材，可以提高汽车用钢的比强度 (强度与密度之比）和减小结构件的厚度，实现汽车结构轻量化。提高汽车用钢比强度的另 一种有效途径是在维持上述高强钢优良力学性能的基础上降低钢材的密度。因此，开发低 密度、高强韧性钢板是为了应对进一步实现汽车轻量化的迫切需求。
[0003] 高强钢的力学性能由其化学成分和制造工艺这两类因素共同决定，这两类因素通 过影响高强钢的微观组织结构来影响其力学性能。现有技术中以奥氏体为主要组成相的低 密度、高强度钢，钢种的主要化学成分为C :0. 6~1. 5%、Mn : 10~30%和Al (作为降低密 度而添加的主要合金元素）。这类钢种由于合金元素含量过高，其生产成本昂贵并且可制造 性差。
[0004] 现有技术中以铁素体为主要组成相的低密度、高强度钢，钢中C含量为0. 1~ 0.5%，Ti含量为(λ 1~L0%，C+Ti的含量为(λ 2%~L 5% ;利用Ti(CN)颗粒细化铸态 组织以获取等轴晶和提高低密度钢的后续轧制变形能力。对轧制钢板采用常规再结晶退火 工艺，所开发的钢板强度低（小于780MPa)。
[0005] 现有技术中以铁素体为主要组成相的低密度钢中，需添加高含量的C和Mn元素来 获取800MPa以上强度和良好塑性。然而，高含量C和Mn给钢板可制造性带来很大困难，表 现在连铸板坯内部合金元素宏微观偏析严重、钢板轧制时会出现严重的中心和边部裂纹、 所制备钢板的冷弯性能差等方面，并且制造成本昂贵。因此，迫切需要在维持高Al含量的 同时适当降低C和Mn含量，以提高低密度钢的可制造性和降低生产成本。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种800MPa级高延展性的低密度钢板及其制造方法，所 述钢板具有低密度、高比强度和优良延展性等特点，钢板的抗拉强度> 800MPa，延伸率> 25%，密度< 7500kg/m3,适用于制造汽车结构件。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0008] 一种800MPa级高延展性低密度钢，其化学成分质量百分比为：C :0. 25~0. 50%， Mn :0· 25 ~4. 0%，A1 :3. 0 ~7· 0%，P 彡 0· 02%，S 彡 0· 01%，N 彡 0· 01%，其余为 Fe 和不 可避免的杂质元素，且上述元素需同时满足如下关系：〇. 134彡（I. 5C+0.1 Mn)/Al彡0. 30。
[0009] 进一步，所述800MPa级高延展性低密度钢的化学成分还包括至少一种或一种以 上如下元素 ：Si :0.01 ~L 5%，Ti :0.005 ~0.6%，Nb :0.005 ~0.2%，V :0.005 ~0.5%， Cr :0. 01 ~0. 5%，Mo :0. 01 ~0. 5%，Ni :0. 05 ~2. 0%，Cu :0. 05 ~1. 0%，B :0. 0005 ~ 0· 003%，Zr :0· 005 ~0· 2%，Re (稀土元素）：0· 005 ~0· 1%，Ca :0· 001 ~0· 2%。
[0010] 优选地，所述SOOMPa级高延展性低密度钢的化学成分还需满足如下关系：Mn/ AKO. 4〇
[0011] 进一步，所述800MPa级高延展性低密度钢板的抗拉强度> 800MPa，延伸率> 25%，密度< 7500kg/m3。当优选Mn/Al < 0. 4时，本发明钢板抗拉强度> 800MPa、延伸率 > 30%，并且抗拉强度和延伸率的乘积> 25000MPa%，密度< 7500kg/m3。
[0012] 所述800MPa级高延展性低密度钢板的显微组织结构是以铁素体为基体并含有体 积分数为6~30%的残余奥氏体，残余奥氏体中C含量不低于0. 8%。
[0013] 在本发明的成分设计中：
[0014] C:C是重要的固溶强化元素，促进奥氏体生成，在钢中与Mn和Al元素形成κ碳 化物（Fe，MrO3AlC或渗碳体（Fe，Mn) 3C。在富含Al的低密度钢中，C含量过低时，残余奥氏 体的含量和力学稳定性相对较低，因而钢板的强度和延展性均较低；C含量过高时，片层状 碳化物和分布在铁素体晶界处的碳化物颗粒粗大，从而降低钢板的轧制变形能力。因此，本 发明控制C含量为0. 25~0. 50%。
[0015] Mn :Mn可以减弱或消除由于S引起的钢的热脆性，改善钢的热加工性能。Mn能增 加奥氏体的稳定性，降低钢淬火时临界冷却速度以及提高钢的淬透性。Mn还能够提高钢的 加工硬化性能，从而提高钢板的强度。但是，过高的Mn含量会引起板坯中Mn偏析以及热轧 板中明显的带状组织分布，从而降低钢板的延展性和弯曲性能；并且，过高的Mn含量容易 造成热轧板在冷轧变形时产生裂纹。因此，本发明控制Mn含量为0. 25~4. 0%。
[0016] Al :A1是铁素体形成元素。添加 Al元素可显著降低钢板的密度，故规定Al含量的 下限为3.0%。添加过量Al会抑制奥氏体形成，以及促进（Fe, Al)金属间化合物和大量粗 大κ碳化物在钢的基体中形成而降低钢板的轧制变形能力。另外，Al元素可显著增加钢中 奥氏体的堆垛层错能，因而添加过量Al会抑制钢中残余奥氏体在形变时被诱导发生马氏 体相变，从而使钢板难以获得良好的强度和塑性匹配。因此，本发明控制Al含量为3. 0~ 7. 0%〇
[0017] (I. 5C+0.1 Mn)/Al :本发明中成分设计充分考虑利用较多含量的Al来降低钢板密 度。当（I. 5C+0. 1Μη)/Α1 < 0. 134时，冷轧钢板经退火处理后基体中所含残余奥氏体的体 积分数往往小于6 %，且残余奥氏体稳定性差，所制备钢板的强度和延展性均较低（分别低 于800MPa和25% );当（I. 5C+0. 1Μη)/Α1 > 0· 30时，热轧钢板基体中包含过量的粗大碳化 物或马氏体组织，从而使热轧钢板在冷轧过程中发生严重边裂。因此，从钢板的强塑性以及 轧制可变形性要求方面，本发明控制（I. 5C+0.1 Mn)/Al介于0. 134与0. 30之间。
[0018] 本发明进一步优选Μη/Α1〈0. 4,使热轧板料在冷轧时具有极佳的轧制变形能力，以 及使冷轧退火钢板具有更高延伸率。
[0019] P :P是固溶强化元素；但是P会增加钢的冷脆性，降低钢的塑性，使冷弯性能和焊 接性能变坏。因此，限定钢中P含量<0.02%。
[0020] S :s使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，使焊接性能变坏，降低钢的耐蚀 性。因此，限定S含量彡0.01 %。
[0021] N :N与Al形成A1N，凝固过程中可细化柱状枝晶，但N含量过高时，形成的粗大AlN 颗粒影响钢板的延展性。另外，过量AlN会降低钢的热塑性。因此，限定N含量<0.01 %。
[0022] Si :Si是铁素体固溶强化元素，可提高强度；另外，添加 Si可以显著提高残余奥氏 体的力学稳定性，有助于钢板获取良好强度和塑性的匹配。但是，过高Si含量会降低钢板 的塑性；另外，对于热镀锌钢板来说，过高Si含量使基板的可镀性变差。因此，本发明限定 Si含量为〇· Ol~L 50%。
[0023] Ti :Ti与C、N结合会形成Ti (C，N)、TiN和TiC，可细化铸态组织以及热加工时阻 碍晶粒粗化。添加过量Ti会使钢的成本增加，并使上述析出物含量增加进而降低钢的延展 性。因此，本发明限定Ti含量为0.005~0.6%。
[0024] Nb :Nb与C、N结合会形成Nb (C，N)，可有效地抑制热加工过程中晶粒粗化。Nb会 强烈抑制动态再结晶的发生，从而增加轧制变形抗力。Nb可以细化铁素体晶粒。但添加过 量的Nb会减弱钢的热加工性能和钢板的韧性。因此，限定Nb含量为0. 005~0. 2%。
[0025] V :V有助于细化晶粒组织和提高组织热稳定性，V还可以提高钢的强度和韧性，但 是添加 V增加了钢的成本。限定V含量为0. 005~0. 5%。
[0026] Cr :Cr可以细化晶粒组织和抑制热加工时晶粒粗化。Cr是铁素体形成元素，可促 进C向奥氏体扩散。Cr可以使奥氏体分解速度减缓，降低淬火时临界冷却速度。过高Cr含 量会破坏钢的延展性。因此，本发明控制Cr含量为0. 01~0. 5%。
[0027] Mo :Mo的作用与Cr相似，本发明控制Mo含量为0. 01~0. 5%。Cr、Mo元素含量 过高时会增加生产成本，一般控制Cr+Mo < 0. 5%。
[0028] Ni :Ni是奥氏体稳定化元素，可阻碍高温下晶粒粗化，但是Ni的价格昂贵从而增 加生产成本。因此，限定Ni含量为0.05~2.0%。
[0029] Cu :Cu的作用和Ni相近，但Cu含量过高时对热变形加工不利。因此，限定Cu含 量为0· 05%~L 0%。
[0030] B :B阻碍热轧过程中钢的再结晶，有利于由累积变形量引起的微观组织结构细 化。添加过量的B会生成BC从而降低钢的延展性。因此，本发明限定B含量为0.0005