一种高强度板材用合金钢及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分：C：0.30～0.38 Mn：0.5～0.8 Si：0.9～1 Al：0.01～0.6 Cr2.0～2.2，Nb0.08～0.1 Ag0.02～0.06 Cu1.5～1.6 W0.01～0.02，P：≤0.02S：<0.012其余为Fe和不可避免杂质。制备方法包括以下步骤：将合金融炼、并进行铸造；钢坯再加热：加热温度为1200℃～1210℃；轧制：在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950℃；通过合理廉价的合金成分设计和轧后分段冷却工艺使热轧钢板的抗拉强度达到大于等于1200MPa，屈服强度大于等于550MPa，低屈强比，延伸率A80(JIS13A标距80mm试样)大于等于13％。
【专利说明】一种高强度板材用合金钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金钢，具体涉及一种高强度板材用合金钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车产业的发展，对车辆安全性的要求越来越高，同时能源的紧缺和环保的需求也要求车辆减轻自重以减少燃油消耗，因此对车辆所用钢板的强度要求不断提高，同时对不同部位钢板的性能要求分工也越来越多、越细，先进的高强度钢(AHSS)或者超高强度钢(Ultra-HSS)应运而生。通常抗拉强度大于700MPa的钢种可归为超高强度钢。超高强度具有非常高的抗拉强度和高的形变吸收能，适合制造结构件、加强件、安全件等构件。
[0003]一般采用添加Nb、T1、N1、Cr、Mo和Cu等合金元素，通过固溶强化、析出强化和沉淀强化等强化方式来提高钢的强度，这样就导致生产工艺复杂和钢铁成本增加，也不利于钢铁的可回收利用。随着人们对绿色冶金和循环经济的重视，如何有效利用资源、降低制造成本成为研究的热点。本
【发明者】充分利用“水作为合金元素”的设计思想，仅以碳、锰、硅的经济合理成分，尽可能少添加贵重合金元素，通过控制轧后冷却方式获得超高强度钢多相钢，其主要组织为贝氏体和马氏体与细小弥散分布的铁素体(有可能含有少量的残余奥氏体)，抗拉强度高于lOOOMPa，屈强比低，延伸率达20%，且具有良好的冷弯性能。
[0004]国际上有关热轧高强度钢板的制造方法已经形成多项专利，但主要集中于低合金高强度钢(HSLA)、双相钢(DP)和相变诱发塑性钢(TRIP)，对于汽车用超过100MPa的热轧超高强度钢板(板厚1.5mm?6mm),尚未统一标准。
【发明内容】
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是，在材料设计上主要使用S1、Mn、Al等炼钢常用脱氧元素为主要合金元素，适当配以Cu、Cr、Nb, Ag，W微合金化。
[0006]本发明提供的高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:
[0007]C:0.30 ?0.38 Mn:0.5 ?0.8 S1:0.9 ?I Al:0.01 ?0.6 Cr 2.0 ?2.2，Nb0.08 ?0.1 Ag0.02 ?0.06 Cu 1.5 ?1.6 W 0.01 ?0.02,P:彡 0.02S:<0.012 其余为 Fe和不可避免杂质。
[0008]本发明的高强度板材用合金钢的一个优选实施方案为:在上述化学成分中添加C:0.32 ?0.36%，更有选 C:0.33 ?0.35%，更有选 C:0.34%。
[0009]本发明的高强度板材用合金钢的另一个优选实施方案为:在上述化学成分中添加Mn:0.6 ?0.7%，更有选 Mn:0.65%。
[0010]本发明的高强度板材用合金钢的另一个优选实施方案为:在上述化学成分中添加Al:0.01 ?0.6，更有选 Al:0.02 ?0.1，更有选 Mn:0.05。
[0011]本发明的高强度板材用合金钢的另一个优选实施方案为:在上述化学成分中添加Nb 0.08 ?0.1，更有选 Nb 0.09。
[0012]本发明的高强度板材用合金钢的另一个优选实施方案为:在上述化学成分中添加Cu 1.5 ?1.6，更有选 Cu 1.55。
[0013]下面，对本发明的高强度板材用合金钢及以该钢种制成的高强度板材用合金钢的化学成分作用作详细叙述。
[0014]C:决定钢的显微组织构成，可以显著提高钢的强度，过高时会大大降低焊接性能，按重量百分比计，宜采用含量0.30?0.38 ;
[0015]Mn:锰是置换型合金元素，通过固溶强化细化晶粒而提高钢的强度，是含贝氏体和马氏体钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素，能提高淬火后钢板的强度。锰是稳定奥氏体的元素，能降低奥氏体的相变温度，促进碳在奥氏体中的溶解，提高钢的淬透性。但要避免过高的锰含量，因为锰含量过高会降低奥氏体中碳的活度，这样促进了碳化物的形成，并阻碍铁素体相变，使冷却过程中碳的富集降到最低，无法淬火得到马氏体。过高的锰还易于偏析，恶化钢的性能。关于硅和锰，必须调整添加的相对量以控制相的分布和体积分数，按重量百分比宜采用含量0.5?0.8 ;
[0016]S1:硅在钢中起固溶强化作用，含量较多时能抑制碳化物的析出，促进铁素体形成，从而使碳扩散到奥氏体中。硅或类似元素充当铁素体稳定剂的作用，不仅加速先共析铁素体的形成，而且在贝氏体形成期间阻碍渗碳体的析出，加速碳扩散到奥氏体相中，提高钢的淬透性。添加硅并配合分段冷却工艺可以促进铁素体析出，有利于降低钢的屈服强度和屈强比，并使得钢在相变结束后，可能保留有少量的残余奥氏体，使钢在强度高的同时还具有一定的塑性。由于本发明不添加Nb、V和Ti也能获得延伸性能好的超高强度的钢，因此，要求添加硅元素，，按重量百分比，宜采用硅含量为0.9?I ;
[0017]Al:和Si具有相似的作用，促进先共析铁素体生成可以抑制渗碳体的形成，但含量过高有损强塑性，按重量百分比，宜采用含量0.01?0.6 ;
[0018]Nb:铌对晶粒细化的作用很明显，通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却使非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，提高钢的强度。按重量百分比，宜采用含量0.08?0.1。
[0019]Ag:再结晶强化元素，可弥补强度的下降。按重量百分比，宜采用含量0.02?0.06。
[0020]W:促进先共析铁素体生成同时抑制渗碳体的形成。按重量百分比，宜采用含量0.01 ?0.02。
[0021]硫和磷是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此希望越低越好。。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。
[0022]采用本发明所使用的化学成分可以生产出一种高强度板材用合金钢。
[0023]一种高强度板材用合金钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0024]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0025]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0026]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0027]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0028]其中，在板坯再加热步骤中，保温时间按厚度2分钟/毫米计算。
[0029]其中，在冷却步骤中，第一阶段冷却与第二阶段冷却之间停留2?10秒。
[0030]超高强度钢主要通过相变强化(贝氏体和马氏体)来获得高强度，并要求有较高的延伸率，所以希望组织中有软相即铁素体。由于强度高于1200MPa，因此铁素体含量不能太高。解决这个问题的关键是在终轧后的冷却过程中，获得比例合适的各相组织:贝氏体、贝氏体和一定含量的铁素体，有可能还含有少量残余奥氏体。因此在冷却过程中，需要以下相变过程:终轧后迅速将钢冷却到奥氏体和铁素体两相区温度区间；由于硅元素有助于促进铁素体相变，在此温度区间空冷可迅速发生铁素体相变，相变过程中碳和锰元素扩散进入剩余的奥氏体中；空冷后将钢板强制冷却到低温进行卷取，在第二段强制冷却过程中，发生贝氏体和马氏体相变。
[0031]经未再结晶区终轧后，钢的组织由变形的奥氏体组成。轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ;冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。详细的轧制、冷却工艺。
[0032]通过合理廉价的合金成分设计和轧后分段冷却工艺使热轧钢板的抗拉强度达到大于等于1200MPa，屈服强度大于等于550MPa，低屈强比，延伸率A80 (JIS13A标距80mm试样)大于等于13%。并具有良好的冷弯性能。可用于汽车的加强件和安全件。
【具体实施方式】
[0033]实施例1
[0034]一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:C:0.30Mn:0.5Si:0.9 Al:0.01 Cr 2.0, Nb 0.08 Ag0.02 Cu 1.5 W 0.01，P:彡 0.02 S:<0.012 其余为
Fe和不可避免杂质。
[0035]一种合金钢高强度板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0036]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0037]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0038]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0039]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0040]热轧钢板的抗拉强度达到1270MPa，屈服强度560MPa，低屈强比，延伸率A80 (JIS13A标距80mm试样)13%。并具有良好的冷弯性。
[0041]实施例2
[0042]一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:C:0.38Mn:0.8S1:1 Al:0.6 Cr 2.2，Nb 0.1 Ag 0.06 Cul.6 W 0.02，P:彡 0.02 S:<0.012 其余为 Fe 和不可避免杂质。
[0043]一种合金钢高强度板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0044]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0045]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0046]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0047]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0048]热轧钢板的抗拉强度达到1270MPa，屈服强度570MPa，低屈强比，延伸率A80 (JIS13A标距80mm试样)13%。并具有良好的冷弯性。
[0049]实施例3
[0050]一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:C:0.32Mn:0.6Si:0.95 Al:0.05 Cr 2.1,Nb 0.09 Ag0.04 Cu 1.5 W 0.015,P:彡 0.02 S:<0.012其余为
Fe和不可避免杂质。
[0051]一种合金钢高强度板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0052]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0053]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0054]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0055]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0056]热轧钢板的抗拉强度达到1280MPa，屈服强度570MPa，低屈强比，延伸率A80 (JIS13A标距80mm试样)14%。并具有良好的冷弯性。
[0057]实施例4
[0058]一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:C:0.37Mn:0.7S1:1 Al:0.2 Cr 2.2, Nb 0.09 Ag0.05 Cu 1.5 W 0.01, P S 0.02 S:<0.012 其余为 Fe 和不可避免杂质。
[0059]一种合金钢高强度板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0060]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0061]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0062]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0063]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0064]热轧钢板的抗拉强度达到1280MPa，屈服强度570MPa，低屈强比，延伸率A80 (JIS13A标距80mm试样)14%。并具有良好的冷弯性。
[0065]实施例5
[0066]一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:C:0.33Mn:0.5Si:0.9 Al:0.4 Cr 2.1,Nb 0.1 Ag0.04 Cu 1.5ff 0.01,P S 0.02 S:<0.012 其余为 Fe 和不可避免杂质。
[0067]一种合金钢高强度板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0068]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0069]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0070]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0071]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0072]热轧钢板的抗拉强度达到1260MPa，屈服强度570MPa，低屈强比，延伸率A80 (JIS13A标距80mm试样)14%。并具有良好的冷弯性。
[0073]实施例6
[0074]一种高强度板材用合金钢其基本组成为如下质量百分比的成分:C:0.35Mn:0.5Si:0.9A1:0.4 Cr 2.1,Nb 0.1 Ag0.04 Cu 1.5 W 0.01,P:彡 0.02 S:<0.012 其余为 Fe 和不可避免杂质。
[0075]—种合金钢高强度板材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0076]I)将合金融炼、并进行铸造；
[0077]2)钢坯再加热:加热温度为1200°C?1210°C ；
[0078]3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ；
[0079]4)冷却:第一阶段，以15°C /s的冷却速度先冷却至500°C ;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
[0080]热轧钢板的抗拉强度达到1250MPa，屈服强度570MPa，低屈强比，延伸率A80(JIS13A标距80mm试样)13%。并具有良好的冷弯性能。
【权利要求】
1.一种高强度板材用合金钢，其元素组成为如下质量百分比的成分:C:0.30?0.38Mn:0.5 ?0.8Si:0.9 ?IAl:0.01 ?0.6Cr 2.0 ?2.2，Nb 0.08 ?0.1Ag 0.02 ?0.06Cu 1.5 ?1.6W 0.01 ?0.02，P S 0.02S:<0.012 其余为 Fe 和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的合金钢，其特征在于，所述C含量为0.32?0.36%。
3.如权利要求2所述的合金钢，其特征在于，所述C含量为0.34%。
4.如权利要求1所述的合金钢，其特征在于，所述Mn含量为0.6?0.7%。
5.如权利要求4所述的合金钢，其特征在于，所述Mn含量为0.65%。
6.如权利要求1所述的合金钢，其特征在于，所述Cu含量为1.55%。
7.—种如权利要求1-6所述高强度板材用合金钢的制备方法，其特征在于步骤如下: (1)将上述合金元素按照比例配料熔炼、并进行铸造； (2)钢坯再加热:加热温度为1200。。?1210。。； (3)轧制:在奥氏体发生再结晶的温度范围内初轧热变形，在低于奥氏体发生再结晶但高于Ar3转变点的温度范围内，采用3个道次，进行终轧；终轧温度为900-950°C ； (4)冷却:第一阶段，以15°C/s的冷却速度先冷却至500°C;第二阶段，以40°C /s的冷却速度冷却至200°C。
【文档编号】C22C38/26GK104328347SQ201410629911
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】华玉叶 申请人:华玉叶