一种第三代高强韧汽车用钢及其制备方法技术

一种第三代高强韧汽车用钢及其制备方法，属于金属材料加工技术领域。合金成分重量百分比为：C：0.40～0.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：1.50～3.00％，Ni：0～0.60％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.30～0.60％，V：0～0.20％，Co：0～1.50％，Al：0～1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。真空冶炼后进行浇铸，再以总压下率为80％～95％进行热轧，所得到的热轧板以5～20℃/s速度升温到900～970℃进行奥氏体化10～20min，然后空冷至250～320℃保温2～12h。本发明专利技术材料的屈服强度超过1000MPa，抗拉强度超过1500MPa，断后伸长率超过20％，具有良好的强塑性，同时制备工艺简单，焊接性能良好，良好的成型性，适于工业化生产，用于汽车车身结构件中的前后保险杠横梁，保证汽车的安全性。

Third generation high strength and toughness automobile steel and preparation method thereof

The utility model relates to a third generation high strength and toughness automobile steel and a preparation method thereof, belonging to the technical field of metal material processing. Alloy compositions in weight percentage: C:0.40 ~ 0.60%, Si:1.00 ~ 2%, Mn:1.50 ~ 3%, Ni:0 ~ 0.60%, Cr:0.50 ~ 1.50%, Mo:0.30 ~ 0.60%, V:0 ~ 0.20%, Co:0 ~ 1.50%, Al:0 ~ 1.50%, the rest is Fe and inevitable impurities. After vacuum smelting casting, the total pressure ratio is 80% ~ 95% for hot rolling, hot rolled plate obtained from 5 to 20 DEG /s rate of heating to 900 to 970 DEG C for Austenitic 10 ~ 20min, and then cooled to 250 to 320 DEG C for 2 ~ 12h. The yield strength of the material of the invention is more than 1000MPa, the tensile strength is more than 1500MPa, elongation of more than 20%, with good plasticity, and simple preparation process, good welding performance, good formability, suitable for industrial production, for the car body structures in the front and rear bumper beams, to ensure the safety of the car.

【技术实现步骤摘要】
一种第三代高强韧汽车用钢及其制备方法
本专利技术属于金属材料加工
，涉及一种室温组织为纳米级板条状贝氏铁素体、薄膜状分布的残余奥氏体的组织钢以及具有高强塑积的新型第三代汽车用钢及其高效制备方法。
技术介绍
随着汽车工业的发展，燃油经济性、低碳排放和更高的安全性对车身轻量化提出了更高的要求和挑战。车身轻量化发展将是未来汽车工业发展的主要方向，而高强度钢和先进高强度钢的发展和应用则是未来汽车用钢发展方向和钢企的核心竞争力所在。据统计，截止到2015年，车身上所应用的高强钢和先进高强钢的比例已经增加到18％。有些车型在车身主要结构中甚至应用超过72％的高强钢和先进高强钢来有效减轻车身重量。所以，开发高强度、高塑性的新型汽车用钢是实现汽车轻量化发展的有效方式。提高汽车用钢的强塑积不仅能够降低汽车重量，而且能够保障车身的强度和安全性。贝氏体钢是一种具有较高强度和良好韧性的钢种，近年来，英国剑桥大学Bhadeshia教授等人研发出具有优异强韧性的超级贝氏体钢。超级贝氏体钢具有纳米级的贝氏铁素体板条，在贝氏铁素体板条间存在薄膜状的残余奥氏体。超级贝氏体的组织结构决定了其超高的强度和良好的韧性。但是超级贝氏体的热处理过程中保温温度较低，导致贝氏体转变缓慢，不利于实际工业化生产。要想加快超级贝氏体的转变速度，减少保温时间，同时保证其优异的强韧性，需要对其合金系统与制备工艺进行科学、优化的设计与制定，确保在相对较短的时间内获得一定配比的板条贝氏铁素体、残余奥氏体两相共存的超级贝氏体钢，并保证材料的高强度、高塑性的良好综合性能。中国申请专利CN201310083257.3介绍了一种高强度中碳超细贝氏体钢及其制备方法，该材料采用将铸坯轧制成板材，再将轧制后的板材进行低温小变形与热处理，得到贝氏体、马氏体、残余奥氏体的复合组织，然而得到的贝氏体板条宽度较宽、抗拉强度和伸长率偏低，而且经过多次轧制变形，增加能耗、降低生产效率，综合性能低于本专利技术中的中碳超级贝氏体高强韧钢，另外本专利技术中的生产制造工艺为短流程工艺，降低能耗，提高生产效率。中国申请专利CN201410729877.4介绍了一种中碳超高强贝氏体钢及其制备方法，该材料中复合添加了Si、Mn、Cr、Mo、Co、Al合金元素，该中碳超高强贝氏体钢的热处理工艺需在不同温度区间交替等温处理，工艺较复杂，热处理时间较长，降低了生产效率并加大了能源消耗，伸长率低于15％，综合性能低于本专利技术中的中碳超级贝氏体高强韧钢。中国申请专利CN201610461170.9介绍了一种用于汽车车身防撞部件的高强塑积纳米结构贝氏体钢，该材料复合添加了Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Nb、V、Ti合金元素，合金种类较多，其中Ni为1.5～2.0wt％，增加了成本，而且含碳量较高，降低板材焊接性；该材料通过将铸坯热轧成板材，然后进行较长时间的热处理，得到贝氏体和残余奥氏体组织，但盐浴时间过长，不利于实际工业生产，增加了能耗，所得到的板材伸长率低于12％，强塑积远远低于30GPa·％，综合性能低于本专利技术中的中碳超级贝氏体高强韧钢。
技术实现思路
针对先进高强汽车用钢对材料强度与塑性的要求，本专利技术提供新型第三代高强韧汽车用钢及其高效制备方法，该材料具有纳米级的板条贝氏铁素体，薄膜状分布的残余奥氏体，各相组织相互协调配合，具有良好的成形性能，其强塑积达到了第三代汽车用钢的性能要求。一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，利用Thermo-calc和MUCG83进行科学合理的合金系统设计，该汽车用钢的化学成分重量百分比为：C：0.40～0.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：1.50～3.00％，Ni：0～0.60％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.30～0.60％，V：0～0.20％，Co：0～1.50％，Al：0～1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。添加适量的C以保证钢材的强度和降低相变温度，得到纳米级板条贝氏铁素体，同时为了得到良好的焊接性，所以进一步C含量不应低于0.40％，且不高于0.50％。添加适量的Si以保证没有渗碳体析出，保证钢的强度和韧性，Si含量过高会使钢表面质量恶化，影响焊接性能，所以进一步Si的含量应不低于1.20％，且不高于2.00％。添加适量的Mn以提高钢的淬透性和降低相变温度，保证低温下获得纳米级板条贝氏铁素体，提高钢的强度，过多的Mn产生的固溶强化会降低贝氏体相变速率，所以进一步Mn含量不低于1.50％，且不高于2.00％。添加适量的Cr以提高钢的淬透性和降低相变温度，细化贝氏体板条，提高钢的强度，但是过度的Cr会由于固溶强化效应降低贝氏体相变速率，所以进一步Cr含量应不低于0.50％，且不高于1.20％。添加适量的Ni以提高钢的淬透性，保证钢在空冷条件下获得贝氏体组织，能够增加钢的韧性，所以进一步Ni含量不高于0.60％。添加适量的Mo以提供足够的淬透性，提高残余奥氏体的稳定性，防止磷脆，尽可能多的获得板条状贝氏铁素体，加入适量的Mo，能够促进合金元素析出相的生成，同时产生Mo6C，提高钢的强度，所以进一步Mo含量应不低于0.25％，且不高于0.60％。添加微量的V形成细小、弥散的第二相粒子，有利于晶粒细化和提高强度，通过Thermo-calc计算，V在950℃开始析出。所以进一步V含量应不高于0.15％。添加适量的Co和Al可以促进贝氏体转变，缩短保温时间，但是Co和Al的添加总量不应高于3.00％。本专利技术的另一目的是提供新型第三代高强韧汽车用钢的高效制备方法，具体包括以下步骤：步骤1：按照设计成分称取原料，进行冶炼、铸造，将20～50mm厚的铸坯在1100℃～1200℃保温1.5～2.5h，然后在1000℃进行热轧，总压下率为80％～95％，得到厚度为1.5～3.5mm的热轧板；步骤2：将步骤1制备得到的热轧板以5～20℃/s速度升温到完全奥氏体化温度区间900～970℃温度，保温10～20min，备用；步骤3：将步骤2处理后的钢板空冷冷却至贝氏体转变温度区间的250～320℃温度，保温2～12h；步骤4：将步骤3处理后的钢板空冷至室温，即得到超级贝氏体高强韧汽车用钢。进一步，所述超级贝氏体高强韧汽车用钢经过热轧后的贝氏体转变速度加快，2～3h时间贝氏体转变结束。进一步，所述超级贝氏体高强韧汽车用钢的组织尺寸为：板条贝氏铁素体的厚度为50～150nm，薄膜状残余奥氏体的厚度为10～200nm。进一步，所述超级贝氏体高强韧汽车用钢的各种组织所占的比例为：纳米级板条贝氏铁素体75％～90％，残余奥氏体10％～25％。进一步，所述超级贝氏体高强韧汽车用钢的力学性能为：屈服强度Rp超过1000MPa，抗拉强度Rm超过1500MPa，断后伸长率A超过20％。本专利技术材料中主要元素的作用为：C是获得贝氏体必需的元素，碳含量过低会使Bs和Ms升高，不利于贝氏体相变区与珠光体相变区的分离和低温纳米贝氏体的形成，然而碳含量过高会影响焊接、成型性能，综合考虑，C含量选择中碳范围。Si可以强烈抑制渗碳体的析出，保证钢的强度和韧性，间接起到了稳定低温下的富碳残余奥氏体的作用，从而使贝氏体铁素板条间形成薄膜状残余奥氏体。Mn能扩大奥氏体相区，减小相变所需要的驱动力，能稳定室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，利用Thermo‑calc和MUCG83软件进行科学合理的合金系统设计，汽车用钢的化学成分重量百分比为：C：0.40～0.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：1.50～3.00％，Ni：0～0.60％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.30～0.60％，V：0～0.20％，Co：0～1.50％，Al：0～1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，利用Thermo-calc和MUCG83软件进行科学合理的合金系统设计，汽车用钢的化学成分重量百分比为：C：0.40～0.60％，Si：1.00～2.00％，Mn：1.50～3.00％，Ni：0～0.60％，Cr：0.50～1.50％，Mo：0.30～0.60％，V：0～0.20％，Co：0～1.50％，Al：0～1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，C含量不应低于0.40％，且不高于0.50％。3.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，Si的含量不低于1.20％，且不高于2.00％。4.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，Mn含量不低于1.50％，且不高于2.00％。5.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，Cr含量应不低于0.50％，且不高于1.20％。6.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，Ni含量不高于0.60％。7.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，Mo含量不低于0.25％，且不高于0.60％。8.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征在于，V含量不高于0.15％。9.根据权利要求1所述一种第三代高强韧汽车用钢，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩，崔丽莎，宋成浩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11