一种含V高强塑积冷轧双相钢及其生产方法

一种含v高强塑积冷轧双相钢及其生产方法
技术领域
1.本发明涉及合金生产技术领域，具体涉及一种含v高强塑积冷轧双相钢及其生产方法。


背景技术：

2.钢材是汽车生产过程中使用到的主要原料之一，在实现汽车轻量化的过程中，高强度钢材将越来越被重视。目前发达国家在汽车轻量化过程中，首选材料即是高强钢，主流轿车对高强钢的使用比例已基本实现60％以上。欧洲“超轻型汽车工程”的设计方案中，对高强度钢的需求率已经超过70％。当汽车轻量化成为一种发展趋势时，高强度钢也必然迎来自己的发展机遇。传统的高强度钢基本上包括高强度无间隙原子钢(hss-if)、烘烤硬化钢(bh)、碳锰钢(c-mn)、高强度低合金钢(hsla)和铁素体-贝氏体钢(fb)。这些传统高强度钢仍在生产并广泛应用于汽车车身结构以及其他工程应用中。相比之下，高强度钢的显微组织更为复杂，具有良好的强度和塑性结合。一般来说，ahss钢可以根据其力学性能和合金类型分为三大类。第一代ahss钢是以铁素体为基的ahss钢，其强塑积为15gpa％以下，主要包括双相钢(dp)、多相钢(cp)、相变诱导塑性钢(trip)、铁素体贝氏体钢(fb/sf)、马氏体钢(ms/phs)和硼钢(hf)，这一代ahss钢表现出很高的强度和中等的塑性。第二代ahss钢是以奥氏体为基的ahss钢，其强塑积为50gpa％以上，主要包括孪晶诱导塑性钢(twip)、剪切带强化钢(sip)和具有诱导塑性的轻钢(l-ip)，这一等级的ahss钢除了具有非常高的强度，还表现出优良的延展性。ahss家族的第一代和第二代钢已经能够满足大多数工程材料的基本结构性能。例如，在汽车应用中，dp钢和trip钢是主要材料，由于其高强度和非常高的能量吸收能力，被广泛应用于支柱、b柱、横梁和门梁等。
3.随着汽车行业的不断发展，节能减排问题日益严峻，汽车轻量化是有效解决节能减排问题的有效措施之一。提升车身强度能够通过减薄车身钢板厚度达到汽车轻量化的目的。随着汽车轻量化理念的不断深化，零件设计也逐渐复杂，冷轧钢板的成形问题需要得到有效解决。这就对双相钢的性能提出了更高的要求，主要包括双相钢的强度与塑性，也即双相钢的强塑积。在满足足够强度的基础上，提升双相钢的塑性能够有效提升双相钢的成形性能，使高强度双相钢得到更大化的应用。
4.现有技术中，中国专利cn114107818a公开了一种1000mpa级热镀锌双相钢及其生产方法。该专利的双相钢化学成分及质量分数按百分含量记为：c：0.08％-0.12％、si：0.25％-0.55％、mn：2.20％-2.60％、mo：0.10％-0.30％、nb：0.02％-0.06％、al：0.02％-0.06％，其余为fe和不可避免的杂质。该专利通过控制化学成分和生产工艺制备的双相钢抗拉强度为1015mpa-1135mpa，延伸率为11.5％-13.5％。尽管具有较高强度，但其塑性达不到高强塑积双相钢水平。
5.又如中国专利cn111218620a公开了一种高屈强比冷轧双相钢及其制造方法。该专利的双相钢化学成分及质量分数按百分含量记为：c：0.05％-0.08％、si：0.1％-0.6％、mn：0.9％-1.2％、ti：0.03％-0.06％、nb：0.03％-0.06％、al：0.015％-0.045％，其余为fe和不
0.17％)、mo(0.18％-0.2％)能够同时起到细化晶粒以及析出强化作用，其中v的强化目的更为显著，同时v含量偏低会导致强化效果弱化，偏高会导致析出相尺寸增大还会增大成本，因此本发明中v含量控制在0.15％-0.17％。
20.(2)在本发明高强塑积冷轧双相钢的生产过程中，配合合适的热轧、冷轧及退火工艺参数，热轧及冷轧的目的是为了获得更细晶粒的原始贝氏体组织，而退火的目的是得到典型的双相钢组织。其中，冷轧压下率控制在40％-60％，是为了更大化的细化原始贝氏体组织晶粒，退火时间保持在8-12min是为了在得到双相组织的同时避免了晶粒的粗化。利用该工艺流程及工艺参数能够制备超细晶双相钢，其铁素体晶粒尺寸在0.98-1.70μm，能够获得足够细的晶粒，能够最大程度地提升冷轧双相钢的力学性能。
21.(3)本发明所获得的高强塑积冷轧双相钢，其抗拉强度为1008-1484mpa，屈服强度为518-778mpa，断后伸长率为9.8％-21.84％，强塑积为14.5-22.0gpa
·
％。该材料具有良好的强度塑形配合性能，因此能够作为优异的汽车零部件得以应用。
附图说明
22.图1：本发明实施例1-3所制备的高强塑积冷轧双相钢的工程应力-应变曲线图；
23.图2：本发明实施例1-3所制备的高强塑积冷轧双相钢的热膨胀曲线图；
24.图3：本发明实施例1-3所制备的高强塑积冷轧双相钢的扫描电子显微镜照片(sem)。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合各实施例及附图进行详细的阐述，但本发明的实施方式并不限于此。
26.下文中使用的专业术语和本领域技术人员通常理解的含义相同，本发明中所用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到可通过现有方法制备得到。
27.实施例1
28.一种含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，包括以下步骤：
29.步骤一，按照下表1中的化学成分及配比，将铁矿石、生石灰、钼铁、钒石、氧化铝、铁硅合金、铁锰合金置于氧化性气氛炉内进行熔化冶炼，得到钢液，再转到还原性气氛炉内精炼，得到精炼钢水，对钢水进行连铸得到钢坯；
30.步骤二，将步骤一得到的钢坯置于步进式加热炉中加热，在1220-1280℃保温2-3h使c、si、mn、v、mo、al元素全部固溶；
31.步骤三，将步骤二固溶后的钢坯进行锻造，锻造温度为1150-1200℃，得到锻坯；
32.步骤四，将步骤三得到的锻坯加热到1210-1270℃保温2-3h，其中开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为850-950℃，得到热轧钢带；
33.步骤五，将步骤四得到的热轧钢带进行酸洗，酸液温度为75-85℃，酸洗速度为80-100m/min；
34.步骤六中，将步骤五酸洗后的钢带进行冷轧，其压下率为60％，经冷轧后的冷轧板厚度为1.8-1.9mm；
35.步骤七中，将步骤六得到的冷轧板进行退火处理，设定退火温度为715℃，保温
12min，然后冷却，冷却方式为油淬，油淬的温度为20-50℃。得到所述双相钢。
36.实施例2
37.一种含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤一，按照下表1中的化学成分及配比，将铁矿石、生石灰、钼铁、钒石、氧化铝、铁硅合金、铁锰合金置于氧化性气氛炉内进行熔化冶炼，得到钢液，再转到还原性气氛炉内精炼，得到精炼钢水，对钢水进行连铸得到钢坯；
39.步骤二，将步骤一得到的钢坯置于步进式加热炉中加热，在1220-1280℃保温2-3h使c、si、mn、v、mo、al元素全部固溶；
40.步骤三，将步骤二固溶后的钢坯进行锻造，锻造温度为1150-1200℃，得到锻坯；
41.步骤四，将步骤三得到的锻坯加热到1210-1270℃保温2-3h，其中开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为850-950℃，得到热轧钢带；
42.步骤五，将步骤四得到的热轧钢带进行酸洗，酸液温度为75-85℃，酸洗速度为80-100m/min；
43.步骤六中，将步骤五酸洗后的钢带进行冷轧，其压下率为50％，经冷轧后的冷轧板厚度为1.8-1.9mm；
44.步骤七中，将步骤六得到的冷轧板进行退火处理，设定退火温度为735℃，保温10min，然后冷却，冷却方式为油淬，油淬的温度为20-50℃。得到所述双相钢。
45.实施例3
46.一种含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，包括以下步骤：
47.步骤一，按照下表1中的化学成分及配比，将铁矿石、生石灰、钼铁、钒石、氧化铝、铁硅合金、铁锰合金置于氧化性气氛炉内进行熔化冶炼，得到钢液，再转到还原性气氛炉内精炼，得到精炼钢水，对钢水进行连铸得到钢坯；
48.步骤二，将步骤一得到的钢坯置于步进式加热炉中加热，在1220-1280℃保温2-3h使c、si、mn、v、mo、al元素全部固溶；
49.步骤三，将步骤二固溶后的钢坯进行锻造，锻造温度为1150-1200℃，得到锻坯；
50.步骤四，将步骤三得到的锻坯加热到1210-1270℃保温2-3h，其中开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为850-950℃，得到热轧钢带；
51.步骤五，将步骤四得到的热轧钢带进行酸洗，酸液温度为75-85℃，酸洗速度为80-100m/min；
52.步骤六中，将步骤五酸洗后的钢带进行冷轧，其压下率为40％，经冷轧后的冷轧板厚度为1.8-1.9mm；
53.步骤七中，将步骤六得到的冷轧板进行退火处理，设定退火温度为755℃，保温8min，然后冷却，冷却方式为油淬，油淬的温度为20-50℃。得到所述双相钢。
54.表1为本发明上述各实施例的化学组成成分列表；
55.表2为本发明上述各实施例的冷轧及退火工艺参数；
56.表3为本发明上述各实施例制备得到的双相钢组织及力学性能结果。
57.表1实施例1～3的化学组成成分
58.钢种csimnvmoalfe实施例10.1940.2643.2340.1690.1980.06余量
实施例20.1960.2623.2290.1630.1950.06余量实施例30.1930.2653.2310.1610.1960.06余量
59.表2实施例1～3的冷轧及退火工艺参数
[0060][0061]
将上述实施例1～3制备得到的双相钢分别进行力学性能测试，测试结果如表3所示。
[0062]
表3实施例1～3制备得到的双相钢组织及力学性能结果
[0063][0064]
从表1-表3可以看出，采用本发明可以制备出高强塑积冷轧双相钢板，具有优异的力学性能特征，在于其抗拉强度可达到1484mpa，屈服强度可达到778mpa，屈强比在52％-77％，断后伸长率为9.8％-21.84％，强塑积为14.5-22.0gpa
·
％；同时具有合适的微观组织，在于其铁素体体积分数在45％-82％，铁素体晶粒尺寸在0.98-1.70μm。
[0065]
图1为本发明实施例1-3制备的高强塑积冷轧双相钢的工程应力-应变曲线图，可以看出随铁素体体积分数减少，各实施例的屈服强度先降低后升高，抗拉强度在不断增大，屈强比也在先降低后升高，断后伸长率在不断降低，强塑积也在下降。其中，抗拉强度和断后伸长率受铁素体体积分数变化的影响最大，铁素体的体积分数从82％降低至45％，抗拉强度升高了476mpa，变化率为47.2％；断后伸长率降低了12.04，变化率为55.1％。在该三组实施例中，当铁素体的体积分数为82％时，其强塑积最高，为22gpa
·
％。
[0066]
图2为本发明实施例1-3制备的高强塑积冷轧双相钢的热膨胀曲线图，可以看出，该合金成分下三组实施例的相变点ac1＝697℃，ac3＝819℃，ms＝380℃。双相钢在加热到697℃以上会发生奥氏体相变，在819℃奥氏体相变结束，转变为全奥氏体组织，在快速冷却到380℃开始发生马氏体相变。
[0067]
图3为本发明实施例1-3制备的高强塑积冷轧双相钢的sem图，其中，(a)为实施例1、(b)为实施例2、(c)为实施例3，可以看出，随着铁素体体积分数增大，铁素体晶粒尺寸在不断减小，铁素体基体上析出的第二相尺寸及密度均在减小。其中，铁素体的体积分数从82％降低至45％，铁素体晶粒尺寸减少了0.72μm，变化率为42.3％。
[0068]
综上，本发明生产的高强塑积冷轧双相钢板具有典型双相钢组织，晶粒细小，屈强比低，强塑积高。本发明方法生产的双相钢能够实现新一代高强塑积冷轧双相钢的制造和工程应用。
[0069]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种含v高强塑积冷轧双相钢，其特征在于，所述双相钢包括如下重量百分比的成分：c：0.19％-0.21％，si：0.25％-0.27％，mn：3.1％-3.3％，v：0.15％-0.17％，mo：0.18％-0.2％，al：0.05％-0.07％，余量为fe及杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种含v高强塑积冷轧双相钢，其特征在于，所述双相钢包括如下重量百分比的成分：c：0.194％，si：0.264％，mn：3.234％，v：0.169％，mo：0.198％，al：0.06％，余量为fe及杂质元素。3.权利要求1所述的一种含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，成分设计：按照权利要求1所述化学成分及配比，将合金成分的原材料置于氧化性气氛炉内进行熔化冶炼，得到钢液，再转到还原性气氛炉内精炼，得到精炼钢水，对钢水进行连铸得到钢坯；步骤二，熔炼：将步骤一得到的钢坯置于加热炉中加热使c、si、mn、v、mo、al元素全部固溶；步骤三，锻造：将步骤二固溶后的钢坯进行锻造，得到锻坯；步骤四，热轧：将步骤三得到的锻坯在加热状态下进行轧制，得到热轧钢带；步骤五，酸洗：将步骤四得到的热轧钢带进行酸洗；步骤六，冷轧：将步骤五酸洗后的钢带进行冷轧，得到冷轧板材；步骤七，退火：将步骤六得到的冷轧板进行退火处理，设定退火温度为715-755℃，保温8-12min，然后冷却，冷却方式为油淬，油淬的温度为20-50℃，得到所述双相钢。4.根据权利要求3所述的含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，步骤二所述加热是在1220-1280℃的条件下保温2-3h。5.根据权利要求3所述的含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，步骤三所述锻造温度为1150-1200℃。6.根据权利要求3所述的含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，步骤四所述锻坯在加热状态下进行轧制，具体为：将锻坯加热到1210-1270℃保温2-3h，其中开轧温度为1100-1200℃，终轧温度为850-950℃。7.根据权利要求3所述的含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，步骤五所述酸液的温度为75-85℃，酸洗的速度为80-100m/min。8.根据权利要求3所述的含v高强塑积冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，步骤六所述冷轧的压下率为40％-60％，经冷轧后的冷轧板厚度为1.8-1.9mm。9.根据权利要求3所述的一种含v高强塑积冷轧双相钢的生产方法，其特征在于，最终得到的双相钢的基体组织为铁素体和马氏体，其中铁素体晶粒尺寸为0.98-1.70μm，铁素体体积分数为45％-82％，同时在铁素体基体上分布着纳米颗粒，尺寸≤20nm。10.根据权利要求3所述的一种含v高强塑积冷轧双相钢的生产方法，其特征在于，最终得到的双相钢的具有良好的强度塑性结合能，其抗拉强度为1008-1484mpa，屈服强度为518-778mpa，断后伸长率为9.8％-21.84％，强塑积为14.5-22.0gpa
·
％。

技术总结
本发明公开了一种含V高强塑积冷轧双相钢及其生产方法。其生产方法包括：(1)成分设计(2)熔炼(3)锻造(4)热轧(5)酸洗(6)冷轧(7)退火。所述双相钢包括如下重量百分比的成分C：0.19％-0.21％，Si：0.25％-0.27％，Mn：3.1％-3.3％，V：0.15％-0.17％，Mo：0.18％-0.2％，Al：0.05％-0.07％，余量为Fe及杂质元素。其基体组织为铁素体和马氏体。本发明的双相钢具有良好的强度塑性结合能，其抗拉强度为1008-1484MPa，屈服强度为518-778MPa，断后伸长率为9.8％-21.84％，强塑积为14.5-22.0GPa


技术研发人员：刘浪 李烈军 陈松军 彭政务 邹志威
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/13