基于汽车统一用钢策略的高锰Fe-Mn-Al-Si-Ni钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于汽车统一用钢策略的高锰Fe

【技术实现步骤摘要】
基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于汽车钢
，具体涉及一种基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]汽车用钢是汽车工业发展的重要物质基础。目前汽车用钢的种类很多，包括高强度低合金（HSLA）钢、双相（DP）钢、冲压硬化（PHS）钢、淬火配分（Q&P）钢、孪生诱导塑性（TWIP）钢、相变诱导塑性（TRIP）钢等。这些钢具有不同的力学性能，被用于汽车车身的不同部位。但值得注意的是，这些不同种类的钢所含的化学元素有明显的差别，因此其生产所涉及的熔炼、锻造、轧制、热处理等工艺流程各不相同，其焊接工艺规程也存在显著的差异。此外，使用的钢种越多，在进行材料认证、变更时所需的时间和资金成本越高，同时在报废车身的分类回收方面所面临的挑战也越大。因此，减少用钢种类，发展元素组成相同、力学性能大范围可调的汽车用钢，对于汽车工业的发展至关重要。
[0003]如果能在汽车车身的不同部位使用元素组成相同的钢种，由于其生产、焊接、加工过程相似，一方面可以合并大量工序以降低成本，另一方面也便于资源回收。目前，除了少数的加强结构件，如前围板横梁、A柱上下加强板，汽车车身不同部位的结构件所要求的力学性能范围约为：屈服强度110~590 MPa、抗拉强度270~860 MPa、延伸率20%~50%。显然，开发一种力学性能在该范围内大幅可调且元素组成相同的汽车用钢，对降低汽车制造成本和实现资源的高效回收利用至关重要。

技术实现思路

[0004]考虑到目前汽车用钢因种类较多而存在认证和变更成本高、工艺流程繁杂及资源回收困难的问题，显然，研发出元素组成相同、力学性能大范围可调的汽车用钢是解决这些问题的关键途径。
[0005]Ni和Al元素能够显著提高钢的层错能，而Si元素降低钢的层错能，随着Ni、Al和Si的含量不同，钢的层错能也随之改变，而当层错能升高时，其变形机制会逐渐发生“应力诱发马氏体相变+位错滑移
→
形变孪晶+位错滑移
→
位错滑移”的转变，塑性和加工硬化能力随之降低。此外，Ni元素能够稳定奥氏体并易与Al结合形成B2强化相，从而显著提升钢的强度，而能发生应力诱发马氏体相变的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si钢的层错能较低，其变形机制以应力诱发马氏体相变和位错滑移为主，拥有优异的加工硬化能力和塑性。因此，本专利技术以能发生应力诱发马氏体相变的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si钢为基础，通过调整Ni和Al、Ni和Si的质量百分比，获得了一种力学性能大范围可调的汽车用钢，从而满足车身大部分结构件对钢的需求，进而减少汽车用钢的种类。该钢种的开发能够显著降低汽车成本并实现资源的高效回收，对汽车工业的发展具有重要的意义。
[0006]本专利技术具体采用如下的技术方案实现：
本专利技术第一方面提供一种基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢，所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢的组成元素及质量百分比为：22%~24%Mn，2%~4%Al，2%~4%Si，0%~18%Ni，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
[0007]作为本专利技术的进一步说明，当所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢中Ni和Al的质量百分数之比为0~1.8时，该钢由奥氏体相和铁素体相组成，当Ni和Si的质量百分数之比为0~1.8时，该钢在塑性变形阶段产生应力诱发马氏体。
[0008]作为本专利技术的进一步说明，当所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢中Ni和Al的质量百分数之比为1.8~3时，该钢由单一奥氏体相组成，当Ni和Si的质量百分数之比为1.8~3时，该钢在塑性变形阶段产生形变孪晶。
[0009]作为本专利技术的进一步说明，当所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢中Ni和Al的质量百分数之比为3~6时，该钢由奥氏体和B2相组成，当Ni和Si的质量百分数之比为3~6时，该钢在塑性变形阶段产生形变孪晶。
[0010]本专利技术第二方面提供一种基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢的制备方法，所述制备方法包括：采用纯度不低于99.9%的纯Fe、纯Mn、纯Ni、纯Al、纯Si为原料，按照上述的钢的成分配比进行配料，经真空感应熔炼得到铸锭，并将铸锭分切成板材，随后进行均匀化处理、冷轧处理及固溶处理。
[0011]作为本专利技术的进一步说明，所述真空感应熔炼在真空中频感应熔炼炉中进行，并采用氩气作为保护气氛，每次熔炼结束后先翻转铸锭再进行下一次熔炼，重复熔炼3~5次。
[0012]作为本专利技术的进一步说明，所述均匀化处理是在氩气气氛保护下经1100 ℃保温不短于6 h后水冷淬火。
[0013]作为本专利技术的进一步说明，所述冷轧处理是使用双辊板带轧机对所述板材进行多道次冷轧，每道次变形量~5%，总变形量为~67%。
[0014]作为本专利技术的进一步说明，所述固溶处理是在氩气气氛保护下经900~1000 ℃保温1~2 h后水冷淬火。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术所提供的基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢原料成本低廉，易于制备加工。随着Ni和Al的质量百分比升高，该种钢的初始组织会发生“奥氏体相+铁素体相
→
单一奥氏体相
→
奥氏体相+B2相”的转变，而随着Ni和Si的质量百分比升高，其变形机制会发生“应力诱发马氏体相变+位错滑移
→
形变孪晶+位错滑移
→
位错滑移”的转变，导致其呈现出大范围变化的力学性能。该种钢的屈服强度范围为235~654 MPa、抗拉强度范围为615~935 MPa、延伸率范围为24%~90%，可以满足汽车车身的多种部位对材料力学性能的需求。该钢在汽车车身上的应用将实现用钢种类的减少，并由此降低成本、简化工艺流程及提高资源回收效率，对于汽车工业的发展具有重要的意义。
附图说明
[0016]图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢，其特征在于，所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢的组成元素及质量百分比为：22%~24%Mn，2%~4%Al，2%~4%Si，0%~18%Ni，余量为Fe及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢，其特征在于，当所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢中Ni和Al的质量百分数之比为0~1.8时，该钢由奥氏体相和铁素体相组成，当Ni和Si的质量百分数之比为0~1.8时，该钢在塑性变形阶段产生应力诱发马氏体。3.根据权利要求1所述的基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢，其特征在于，当所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢中Ni和Al的质量百分数之比为1.8~3时，该钢由单一奥氏体相组成，当Ni和Si的质量百分数之比为1.8~3时，该钢在塑性变形阶段产生形变孪晶。4.根据权利要求1所述的基于汽车统一用钢策略的高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢，其特征在于，当所述高锰Fe
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Mn
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Al
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Si
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Ni钢中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖敏杰，支辉辉，李璐璐，李金山，
申请(专利权)人：西北工业大学重庆科创中心，
类型：发明
国别省市：