一种超高强自回火钢板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强度自回火汽车钢板及其制备方法，按照质量百分比计，钢板化学成分包括：C：0.15～0.23％，Mn：1.8～2.5％，Si：0.8～1.5％，Cr：1.0～1.5％，Al：0.2～0.8％，Ti+Nb≤0.03％，P<0.02％，S<0.01％，余量为Fe。将1.8～2.0mm热轧板加热至900℃保温至少3分钟后空冷获得试验钢。本发明专利技术解决了在热轧工艺条件下，如何获得恰当成分的试验钢，使其在淬火空冷时因马氏体发生自回火现象而实现抗拉强度不低于1400MPa，伸长率不低于10％的力学性能。本发明专利技术有助于实现超高强度钢板的短流程制备，对于汽车轻量化发展具有显著的应用价值。对于汽车轻量化发展具有显著的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种超高强自回火钢板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超高强度自回火汽车钢板及其制备方法，属特种钢制备工艺技术。

技术介绍

[0002]面对能源危机、环境污染和汽车需求量的增长，如何实现节能减排一直是困扰我国汽车行业发展的现实问题。据报道，汽车75％的油耗与整车质量有关，与其他轻量化材料如镁合金、铝合金及其他复合材料相比，由于在成本、使用性能方面具有明显优势，钢铁材料尤其是钢板仍是我国汽车的主体材料，可占到车身自重的70％以上，理论上当钢板厚度减小0.05mm,0.10mm,0.15mm时，车身能够减重6％、12％、18％左右。由此可见，汽车钢板向超高强化发展既可以实现轻量化，又可保证发生碰撞时的安全性。
[0003]目前，基于全球钢铁绿色化、高效化、智能化发展的行业趋势，近终形短流程生产高性能钢种逐渐成为钢铁工业的主流。自回火钢生产工艺相对简单，是推行近终型生产的理想钢种。但是，可实现超高强的汽车钢合金成分与自回火工艺的匹配需要全面研究，其强塑性也有待于进一步提升，才能满足工业化应用的需要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种超高强自回火钢板及其制备方法，以低碳低合金为基础成分，通过特殊成分调控，采用热轧+淬火空冷工艺，使钢中马氏体发生自回火转变，不仅能够有效提高其强塑性，而且使其具备短流程的制备特点，在超高强汽车钢研发领域具有显著的应用价值。
[0005]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种超高强自回火钢板，按照质量百分比计算，其主要的各组分化学成分及比例如下：
[0007]C：0.15～0.23％，Mn：1.8～2.5％，Si：0.8～1.5％，Cr：1.0～1.5％，Al：0.2～0.8％，Ti+Nb≤0.03％，P<0.02％，S<0.01％，余量为Fe；
[0008]所述超高强自回火钢板采用如下方法制备而成：
[0009](1)熔铸过程：
[0010]在真空感应炉内冶炼并凝固制备具有上述组分的钢坯，在冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸，脱模后切成厚度不大于35mm的铸锭块材；
[0011](2)轧制钢板：
[0012]对铸锭块材进行热轧，控制热轧的初轧温度不低于1200℃，终轧温度不低于950℃，经多道次热轧至厚度为1.8～2.0mm，得到热轧钢板；将热轧钢板加热至900℃并保温至少3分钟进行热处理，然后进行空冷，得到所述超高强自回火钢板。
[0013]优选地，按照质量百分比计，本专利技术超高强自回火钢板由以下化学成分组成：
[0014]C：0.16～0.22％，Mn：1.8～2.4％，Si：0.8～1.4％，Cr：1.1～1.5％，Al：0.3～
0.6％，Ti≤0.01％，Nb≤0.02％，P≤0.01％，S≤0.008％，余量为Fe。
[0015]优选地，按照质量百分比计，本专利技术超高强自回火钢板，在880
‑
920℃淬火条件下，其屈服强度不低于767MPa，其抗拉强度不低于1357MPa，伸长率不低于9.1％。
[0016]进一步优选地，按照质量百分比计，本专利技术超高强自回火钢板，在900℃淬火条件下，其屈服强度不低于857MPa，其抗拉强度不低于1410MPa，伸长率不低于10.2％。
[0017]一种本专利技术所述超高强自回火钢板的制备方法，包括如下步骤：
[0018](1)熔铸过程：
[0019]在真空感应炉内冶炼并凝固制备具有上述组分的钢坯，在冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸，脱模后切成厚度不大于35mm的铸锭块材；
[0020](2)轧制钢板：
[0021]对铸锭块材进行热轧，控制热轧的初轧温度不低于1200℃，终轧温度不低于950℃，经多道次热轧至厚度为1.8～2.0mm，得到热轧钢板；将热轧钢板加热至900℃并保温至少3分钟进行热处理，然后进行空冷，得到所述超高强自回火钢板。
[0022]本专利技术原理：
[0023]众所周知，Fe
‑
Mn
‑
Si
‑
Cr
‑
C体系低碳低合金钢淬火后形成的马氏体组织具有高强度高硬度的性能特征，因此，为了实现轻量化的目标，马氏体是汽车钢向超高强化发展的重要组织因素。但是，在追求超高强度的同时，塑性的损失不可避免，如何平衡强度和塑性指标以获得理想的力学性能一直是研发超高强度钢种的瓶颈问题。目前的研究多采用连退处理或淬火配分处理等工艺，在组织中引入残余奥氏体，使其发挥相变诱发塑性效应以获得强度增加和塑性增长。不过，要实现向超高强化发展，这些钢种的成分复杂、合金元素含量高，而且对应的工艺参数要求严格，难以实现短流程的制备。
[0024]研究表明，对于基体含碳量较低的钢，其马氏体转变开始温度(Ms)较高，在淬火冷却过程中，马氏体将在较高温度形成，此时由于过饱和的碳原子仍具有较强的扩散能力，因此会从马氏体相晶体点阵的间隙位置逸出，形成亚稳碳化物，导致马氏体自发产生了回火转变，即自回火现象，从而马氏体的固溶强化作用减弱，而塑性则得到了相应的改善。
[0025]不过，淬火过程中不同的冷却速度对自回火现象影响显著。本专利技术采用文献中对马氏体中碳原子的累积扩散距离的计算公式，即等式(1)和(2)比较了在不同冷却条件下实验钢中碳原子的扩散情况，从而发现，空冷时碳原子的扩散距离是水冷时的4倍，显然，空冷时马氏体发生自回火的可能性更大，从而使试验钢无需额外的回火处理便可以获得超高强度和理想的塑性。
[0026][0027]D＝2
×
10
6 exp(
‑
1.092
×
105/8.314T)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0028]式中t为时间，D为碳的扩散系数，T为温度(K)。
[0029]此外，就合金化设计而言，本专利技术结合计算分析发现合金元素碳、锰、铬、硅的增加都会降低马氏体相变开始温度，其中，碳的影响最为显著。同时，碳含量是影响马氏体强度的根本因素。随着碳含量的增加，马氏体转变开始温度降低，而形成的马氏体组织的强度则会提高。也就是说，碳含量高，虽然马氏体强度会增加，但会抑制马氏体发生自回火转变，这样难以实现平衡强度和塑性指标的目的。因此，本专利技术引入了合金元素铝，采用热力学计算表明，适量铝的添加会明显提高马氏体转变开始温度而且基本不会影响其他相变行为，有
助于产生自回火效应。此外，本专利技术科学研究发现，与传统汽车钢板制备工艺不同，不必进行热轧后的冷轧工艺，采用铌钒复合添加的试验钢通过多道次热轧工艺处理后即具有较好的组织状态，而且微合金元素的细晶强化和析出强化作用进一步改善了试验钢的强塑性。
[0030]通过以上工艺和成分设计，获得了抗拉强度不低于1357MPa，伸长率不低于9.1％并可进行短流程制备的超高强自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强自回火钢板，其特征在于，按照质量百分比计算，其主要的各组分化学成分及比例如下：C：0.15～0.23％，Mn：1.8～2.5％，Si：0.8～1.5％，Cr：1.0～1.5％，Al：0.2～0.8％，Ti+Nb≤0.03％，P<0.02％，S<0.01％，余量为Fe；所述超高强自回火钢板采用如下方法制备而成：(1)熔铸过程：在真空感应炉内冶炼并凝固制备具有上述组分的钢坯，在冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸，脱模后切成厚度不大于35mm的铸锭块材；(2)轧制钢板：对铸锭块材进行热轧，控制热轧的初轧温度不低于1200℃，终轧温度不低于950℃，经多道次热轧至厚度为1.8～2.0mm，得到热轧钢板；将热轧钢板加热至900℃并保温至少3分钟进行热处理，然后进行空冷，得到所述超高强自回火钢板。2.根据权利要求1所述超高强自回火钢板，其特征在于，按照质量百分比计，所述钢板由以下化学成分组成：C：0.16～0.22％，Mn：1.8～2.4％，Si：0.8～1.4％，Cr：1.1～1.5％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何燕霖，张宇，丁敏龙，王静静，郑伟森，周天鹏，刘仁东，李麟，
申请(专利权)人：鞍钢集团北京研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：