钒和钛复合添加的q&p钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于第三代汽车用钢的Q&P钢生产研究领域，特别是涉及一种具有节能、 高效的钒、钛复合添加的Q&P钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 自从19世纪80年代第一代汽车问世，尤其是从20世纪六七十年代以来，北美、日 本和西欧的汽车工业得到了飞速发展。汽车是我国国民经济的支柱性产业之一，对拉动国 民经济和保障就业等具有十分重要的作用。近年来，我国汽车产销量逐年增加，2013年，我 国汽车产量2211. 68万辆，销量2198. 41万辆；2014年，我国汽车产销量双双突破2300万 辆；2015年，汽车产销量预计会继续增长，达到2500万辆。在过去的十年中，我国的汽车 产量从200万辆增长至突破2300万辆，连续7年保持25%左右的增速，若国家今后十年把 汽车市场年增速控制在8. 5%，到2020年我国汽车保有量将超过3亿辆；如果年增速低至 5. 5%，预计2020年销量约3000多万辆，保有量将超过2. 6亿辆。鉴于上述发展趋势，汽车 行业的快速发展必然会带动汽车用钢新理论、新技术的出现、发展及应用。
[0003] 新型汽车用钢不但可以通过高强化来达到汽车的轻量化，而且需要较高的塑性来 提高钢的成形能力和汽车的碰撞安全性能。为了直观而准确地描述这种高强高塑性钢材， 美国学者Krupitzer和Heimbuch率先提出了具有高强塑积性能（即抗拉强度Rm与塑性A 的乘积）的第3代汽车用钢的概念，作为未来新型汽车钢的研发方向。由于汽车用钢量大 面广而且技术含量高，高品质汽车用钢的发展水平也是一个国家整个钢铁研究和生产水平 的重要标志。Q&P钢为第三代汽车用钢的代表，通过Q&P工艺，可以实现高的强度和塑性的 结合。Q&P钢因优异的强韧性的结合，并且不需要添加合金元素而有着广阔的应用前景。目 前对Q&P钢的研究较多的是两步法热处理工艺，一步法工艺研究得较少。一步热处理工艺 是较为简单的生产工艺，也是更加高效和节能的热处理过程，易于实现实际工业生产。本文 通过实验，确定一步法工业生产的成分控制范围，以及乳制和热处理最佳工艺参数，
[0004] 在已公开的有关第三代汽车用Q&P钢的专利中，中国专利申请 CN201310051807. 3,介绍了一种利用合金元素配分制备硅锰系Q&P钢的方法，其采用合理 的化学成分设计、利用合金元素在双相区配分作用机理，制备低碳高强Q&P钢。中国专利 申请CN201310520580. 2,公开介绍了一种两步法Q&P980钢的热处理工艺，其中抗拉强度达 到lOOOMPa，强塑积达到25GPa · %以上。以上两个发明主要通过两步法Q&P工艺进行生 产，相比于一步法，耗能，效率低，而且两步法生产无法满足某些企业的热处理生产线，而一 步法虽然塑性没有两步法高，但是其抗拉强度要比两步法高200-400MPa，强塑积也能达到 20GPa· %以上的水平。本发明加入钛和钒之后，使其强度更高，而塑性几乎没有减少。所 以本文的一步法Q&P工艺是具有节能、高效的制造方法。
[0005] 综上所述，目前对于第三代汽车用Q&P钢正处于发展阶段，对于含钛和钒的一步 法Q&P工艺在国内外还未见报道。由于含钛和钒的一步法Q&P工艺与两步法在生产过程中 有较大差别，主要是淬火温度较难控制。因此需要根据实验室的研究，在冶金成分设计以及 工艺控制上采取新的设计和工艺路线，以低成本、低能耗和高效率生产符合性能要求的第 三代汽车用钢，以满足市场需求。
【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生产成本低，时间短，效率高，节 能，且性能稳定的银和钛复合添加的Q&P钢及其制造方法。
[0007] 本发明采用了如下技术方案：钒和钛复合添加的Q&P钢，该Q&P钢的主要成分及 重量百分比含量为：C 0· 17 ~0· 22%、Si L 3 ~L 6%、Mn L 5 ~2. 2%、P 彡 0· 010%、 S彡0.008%、V 0.03~0.07%、Ti 0.02~0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述钒和钛复合添加的Q&P钢的制造方法，具体包括以 下步骤：
[0009] 1.配料：按照设计成分分别称取各个原料，混合均匀，进行熔炼铸坯，得到板坯；
[0010] 步骤2.热乳工艺：将步骤1制备的板坯从室温加热至1170~1220°C，保温1. 5~ 2小时，在温度为1150°C开乳，热乳终乳温度为890~920°C，在层流冷却线上将热乳后的板 坯空冷至780~820 °C时开始水冷，冷速控制在15-25 °C /s，冷至低于200 °C时开始卷取，使 热乳板的组织为铁素体+马氏体+贝氏体，热乳板厚3. 5-4. 5mm ;
[0011] 步骤3.冷乳工艺：将步骤2得到热乳板经过酸洗之后进行冷乳，冷乳压下率50~ 70%，冷乳板厚 I. 4-1. 7mm ;
[0012] 步骤4.连退工艺：将步骤3得到冷乳板以10°C /s从室温加热至780~820°C，保 温时间为120~150s，以30~50°C /s冷却至170~210°C，保温100~150s，后冷却至室 温，即得到汽车用钢。
[0013] C :是低碳钢传统、经济的强化元素，钢的强度随碳含量的增加而提高。在一步法 Q&P钢的配分过程中，C从马氏体向奥氏体中扩散，起到稳定奥氏体的作用，使钢中的残余 奥氏体增加，使钢的强塑积提高。
[0014] Si :是钢中的基本元素，在炼钢过程中起脱氧作用，在Q&P钢的配分过程中，Si起 到阻止渗碳体的形成，使C在配分时不形成渗碳体而充分向奥氏体中扩散。
[0015] Mn :作为低合金钢的基本组成元素，Mn在钢中起固溶强化的作用，在Q&P钢中Mn 可以起到稳定奥氏体的作用。
[0016] V :V可以提高钢的淬透性，溶入铁素体中具有强化作用，可以形成稳定的碳化物， 细化晶粒，N可以加强V的作用。可以利用V的沉淀强化和Ti的晶粒细化相结合的方法获 得更大的强化效果。
[0017] Ti :是微合金化元素，在钢中加少量的Ti可以提高钢的强度，起到沉淀强化及晶 粒细化的作用。其中TiN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，并能改善钢的韧性。
[0018] 本发明由于采用了以上技术方案，使之与二步法Q&P工艺及现有技术相比，具有 以下优点和积极效果：
[0019] (1)本发明提供了一种可以在传统连退工艺下生产的Q&P钢及其制备方法，此方 法在连退时不需要经过二次加热配分过程，直接淬火至一定稳定进行保温配分，仅通过适 当的成分设计和工艺控制，使屈服强度达到550~650MPa，抗拉强度为1350~1450MPa，断 后伸长率彡15. 0%，强塑积彡22. OGPa · % ;
[0020] (2)本发明制造出来的汽车钢板组织类型为多边形铁素体、马氏体和残余奥氏体 组织，以及含有V、Ti的析出物，起到析出强化的作用，相比于二步法Q&P工艺，其生产出的 钢板强度高，并具有一定的塑性，满足汽车用钢高强韧性的标准；
[0021] (3)本发明制造出来的钢板生产成本低，时间短，效率高，节能，且性能稳定，具有 优良的强韧性匹配。通过成分及工艺调整，可以在某些不能生产二步法Q&P钢的企业中推 广一步法Q&P钢，为实现企业生产线向高性能、低成本、低能耗及高效率生产线的转变奠定 基础。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的钒和钛复合添加的具有节能、高效的Q&P钢的淬火温度与性能的 关系图。其中横坐标为温度，纵坐标为抗拉强度和强塑积。
[0023] 图2为本发明的钒和钛复合添加的具有节能、高效的Q&P钢的热乳金相照片。