一种30GPa%级别钒微合金化轻质钢、其制备及其成分设计方法技术

本发明专利技术公开了一种30GPa％级别钒微合金化轻质钢、其制备及其成分设计方法，钒微合金化轻质钢的质量百分比为：C:0.15～0.25％，Mn:4.5～5.5％，Si:0.2～0.5％，Al:1.5～2.5％，V:0.05～0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。冷轧板的直接淬火温度为730℃，保温3min。本发明专利技术创新性地通过集成材料热力学和热物理性质的高通量计算，制定基于热轧和热处理工艺的合理判据，对轻质钢成分进行优选设计，解决了如何科学合理的设计轻质钢成分，使其能够在直接淬火条件下，实现兼具抗拉强度不低于980MPa、延伸率不低于30％及密度不高于7.65g/cm3的技术问题。本发明专利技术在保证低合金化水平的前提下提高了轻质钢的综合力学性能，并实现了新型高性能轻质钢的集成计算成分设计。轻质钢的集成计算成分设计。轻质钢的集成计算成分设计。

【技术实现步骤摘要】
一种30GPa％级别钒微合金化轻质钢、其制备及其成分设计方法


[0001]本专利技术涉及一种30GPa％级别钒微合金化轻质钢及其成分设计和制备方法，应用于高强韧性、低密度特种钢


技术介绍

[0002]随着全球能源危机和环境污染问题的加剧，汽车行业的设计方向正转向轻量化，以满足节能减排、环保安全的现实要求。在这样的时代背景下，汽车用轻质高强钢的研究意义与价值日益凸显。以A级车为例，其白车身重量350kg左右，若车身结构减重达到10％，可节省燃油6％～8％，减少尾气排放5％～6％。研究表明，与传统汽车用先进高强钢相比，钢中的铝含量达到5～6wt％(质量百分数)时，汽车零部件可减重8～10％。由于大量铝元素的添加，使钢的密度显著降低，这类钢被称为轻质钢。
[0003]专利文献CN104674109A公开了一种高强韧性、低密度的Fe
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Mn
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Al
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C系第三代冷轧汽车用钢板及其制备方法，制备了强塑积达到40GPa％的钢板，其不足之处在于钢中添加了大量的Mn元素和Al元素，容易造成冶炼问题，不仅给大批量生产带来困难，而且提高了钢板的生产造价，从而使其应用受到了限制。专利文献CN106498307B公布了一种780MPa级高强高韧冷轧轻质钢及其制造方法，其不足之处在于抗拉强度只能达到780MPa级，无法满足汽车生产厂家对冷轧轻质高强钢超高强度的要求。专利文献CN111020367A公布了一种980MPa级冷轧高强轻质高强钢及其制造方法，其不足之处在于断后伸长率不足20％，无法满足汽车生产厂家对冷轧轻质高强钢成形性能的要求。因此，迫切需要开发兼具高强度和高延伸率的低合金化轻质钢，以易于实现工业化生产，推进汽车用高强钢的发展。

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30GPa％级别钒微合金化轻质钢、其制备及其成分设计方法，解决如何科学合理的制备钒微合金化轻质钢和设计轻质钢成分，使其能够在直接淬火条件下，实现兼具抗拉强度不低于980MPa、延伸率不低于30％及密度不高于7.65g/cm3的技术问题。本专利技术在保证低合金化水平的前提下提高了轻质钢的综合力学性能，并实现了新型高性能轻质钢的集成计算成分设计。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其元素质量百分比组成为：
[0007]C:0.15～0.25％，Mn:4.5～5.5％，Si:0.2～0.5％，Al:1.5～2.5％，V:0.05～0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0008]优选地，本专利技术所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其元素质量百分比组成为：C:0.18～0.22％，Mn:5.11～5.43％，Si:0.26～0.44％，Al:1.93～2.19％，V:0.09～0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0009]优选地，本专利技术所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其抗拉强度不低于980MPa，延伸率不低于30％，强塑积不低于30GPa％，密度不高于7.65g/cm3。
[0010]进一步优选地，本专利技术所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其抗拉强度不低于980MPa，屈服强度不低于742MPa，延伸率不低于31.2％，强塑积不低于31GPa％，密度不高于7.647g/cm3。
[0011]优选地，本专利技术所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其特征在于：其组织为铁素体和残余奥氏体组织，并伴有碳化物纳米级析出。
[0012]一种本专利技术所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢的制备方法，步骤如下：
[0013](1)合金熔炼和铸造：
[0014]按照目标制备的钒微合金化轻质钢的成分比例，称取原料，采用真空感应炉冶炼，冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸；
[0015](2)初成型加工：
[0016]脱模后，铸锭加热至不低于1200℃，保温至少1小时后进行热轧，热轧的初轧温度控制为1050～1150℃，终轧温度控制在900～1000℃，热轧至厚度不高于3mm后空冷至室温；
[0017](3)深加工成型：
[0018]为了降低冷轧抗力和避免开裂，在冷轧前对热轧钢板进行退火处理，退火温度为750～800℃，保温至少3h；退火后的钢板经酸洗去除氧化皮，然后进行冷轧得到厚度不高于1.5mm的冷轧钢板；
[0019](4)后处理：
[0020]对冷轧板进行直接淬火处理，控制淬火温度，将冷轧钢板加热至不低于730℃，保温至少3min后，再水淬至室温，得到所述钒微合金化轻质钢板。从而得到所述强塑积大于30GPa％的钒微合金化轻质钢。
[0021]一种本专利技术所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢的成分设计方法，通过集成材料热力学与热物理性质的高通量计算，对钒微合金化轻质钢的化学组成进行优选，步骤如下：
[0022]1)根据轻质钢的低合金化目标，初步拟定C、Mn、Si、Al、V成分范围分别为0.10～0.25wt％、2.0～5.5wt％、0.1～0.5wt％、1.0～3.0wt％、0.05～0.20wt％，余量为Fe；
[0023]2)根据热轧工艺、钒微合金化、密度要求，制定成分优选判据：
[0024]判据1：在热轧温度900～1150℃范围以内，轻质钢位于单一奥氏体相区，以保证热轧质量，即Vf
γ
＝100％；
[0025]判据2：在直接淬火温度730℃，碳化钒体积分数不低于0.1％，以保证碳化钒的析出作用，即Vf
VC
≥0.1％；
[0026]判据3：经淬火冷却至室温后，轻质钢的密度不高于7.65g/cm3，以满足减重要求，即ρ≤7.65，此外，在满足三大判据的前提下，尽量保证低合金化；
[0027]3)根据上述判据，采用Thermo
‑
Calc计算软件和MATLAB接口，编译可开展钒微合金化轻质钢成分优选的程序文件，热力学和密度计算采用Thermo
‑
Calc软件自带铁基数据库TCFE9，并基于给定成分范围和步长对成分进行筛选，优选获得满足判据和低合金化的成分配比，用于制备目标钒微合金化轻质钢。
[0028]本专利技术的原理：
[0029]本专利技术钒微合金化轻质钢的成分设计方法，通过集成材料热力学和热物理性质的
高通量计算，制定基于热加工工艺的合理判据，对轻质钢成分进行筛选，从而获得抗拉强度不低于980MPa、延伸率不低于30％及密度不高于7.65g/cm3的新型钒微合金化轻质钢。
[0030]轻质钢合金体系主要集中在Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C，Al的加入可以降低密度，但由于高温铁素体的形成容易造成力学性能下降，通常添加更多的Mn和C以保证力学性能，进而造成冶炼、热加工等一系列生产问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其特征在于，其元素质量百分比组成为：C:0.15～0.25％，Mn:4.5～5.5％，Si:0.2～0.5％，Al:1.5～2.5％，V:0.05～0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其特征在于，其元素质量百分比组成为：C:0.18～0.22％，Mn:5.11～5.43％，Si:0.26～0.44％，Al:1.93～2.19％，V:0.09～0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其特征在于：其抗拉强度不低于980MPa，延伸率不低于30％，强塑积不低于30GPa％，密度不高于7.65g/cm3。4.根据权利要求3所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其特征在于：其抗拉强度不低于980MPa，屈服强度不低于742MPa，延伸率不低于31.2％，强塑积不低于31GPa％，密度不高于7.647g/cm3。5.根据权利要求1所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢，其特征在于：其组织为铁素体和残余奥氏体组织，并伴有碳化物纳米级析出。6.一种权利要求1所述30GPa％级别钒微合金化轻质钢的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)合金熔炼和铸造：按照目标制备的钒微合金化轻质钢的成分比例，称取原料，采用真空感应炉冶炼，冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸；(2)初成型加工：脱模后，铸锭加热至不低于1200℃，保温至少1小时后进行热轧，热轧的初轧温度控制为1050～1150℃，终轧温度控制在900～1000℃，热轧至厚度不高于3mm后空冷至室温；(3)深加工成型：为了降低冷轧抗力和避免开裂，在冷轧前对热轧钢板进行退...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟森，吴通，何燕霖，余灿生，常智渊，许锶元，李奎璋，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：