[发明专利]一种1000MPa级别的高强塑积汽车用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域内的钢种及其制造方法，尤其涉及一种汽车用钢及其制造方法。

背景技术

随着汽车“轻量化”需求的日益增长，超高强度钢板越来越多地被应用到汽车结构件中。目前用量较大的钢板有双相钢、马氏体钢、TRIP钢、复相钢等，它们的强塑积（表征钢的强韧性水平的综合性能指标，是钢的抗拉强度与总伸长率的乘积）最大约为20GPa%左右。例如强塑积最佳的TRIP钢，其强度级别为800MPa时，其延伸率约为26%，而超高强马氏体钢，在抗拉强度达到1000MPa级别时，其延伸率仅为10%左右，这样就不能满足汽车领域对于汽车安全性能中强度和制造过程中成形性的双重要求。

上世纪末，人们相继开发了高强塑积的奥氏体钢和TWIP钢，其抗拉强度为800~1000MPa，延伸率高达60%，强塑积最高可达到60GPa%级别，被称为第二代汽车用钢。但是第二代汽车用钢中加入了大量的合金元素，导致生产成本较高，同时其可制造性较差，使得第二代汽车用钢在推广过程受到极大的限制。

目前，强塑积大于30GPa%，兼具高强度和高延伸率，生产成本较低的第三代汽车用钢受到了广泛的关注。其中，中锰钢属于第三代汽车用钢，具有极好的应用前景。

公开号为CN101638749A的中国专利文献公开了一种低成本高强塑积的汽车用钢及其制造方法，该技术方案通过冶炼、热轧、罩式炉退火、冷轧和罩式炉退火的工艺路线得到了强塑积为35~55GPa%的冷轧钢板。为了实现逆奥氏体相变，得到足够的奥氏体体积分数，冷轧后采用罩式炉退火，其退火时间为1~10小时。该技术方案采用了罩式炉生产工艺，罩式炉退火时钢卷头部和尾部的温差较大。

目前，强度级别为1000MPa的超高强钢在汽车结构件的应用越来越广泛。其中，第一代汽车用钢抗拉强度达到1000MPa以上时，延伸率均小于15%。隶属于第三代汽车用钢的QP钢还未应用于汽车的设计和生产，其抗拉强度为1000MPa以上时，延伸率也不足20%。另一方面，目前超高强汽车用钢均采用连续退火工艺生产，才能保证钢卷性能的均匀，满足下游汽车零部件生产线的要求。与传统的罩式炉退火工艺相比，连续退火工艺具有成品性能均匀，生产效率高，单位能耗低，生产成本低等特点。各钢厂的连续退火线设计不尽相同，但总的说来，当退火时间大于10min后，已不能实现工业化连续退火生产。因此，如何选择合适的成分体系，根据不同的成分体系选取适合的生产工艺，以达到缩短成品产出前的最终退火工序的时间，使中锰钢的生产适用于目前常规的汽车用钢生产线是降低中锰钢的生产成本，提高其市场竞争力和中锰钢能够应用于汽车领域的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种1000MPa级别的高强塑积汽车用钢及其制造方法，该高强塑积度汽车用钢的抗拉强度应大于1000MPa，强塑积应当不小于30GPa%，适用于制造汽车结构件。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高强塑积汽车用钢，其化学元素质量百分含量控制为：C：0.11%～0.30%，Si：0.1%～2.0%，Mn：5%～10%，P≤0.02%，S≤0.02%，Al：0.01%～2.0%，N≤0.02%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

优选地，所述高强塑积汽车用钢还包括Nb：0.01～0.07wt%，Ti：0.02～0.15wt%，V：0.10～0.20wt%，Cr：0.15～0.50wt%，Mo：0.10～0.50wt%中的至少一种。

本发明所述的高强塑积汽车用钢的成分设计原理如下：

碳：碳是钢中固溶强化的主要元素，对钢板的强度、成形性能和焊接性能影响很大。发明人通过大量试验发现，对于本技术方案来说，当碳元素含量低于0.11%时，钢的强度较低；当碳元素含量高于0.3%时，钢的性能会产生恶化。因此本发明确定碳含量为0.11%~0.3%。

硅：硅是炼钢脱氧的必要元素。硅不仅具有一定的固溶强化作用，还具有抑制碳化物析出的作用。在本技术方案中，当硅含量低于0.1%时，难以获得充分的脱氧效果，此外适量的硅元素具有阻止渗碳体析出的作用，能够促进逆马氏体相变的发生。但是发明人发现，当硅含量高于2.0%时，继续增加硅元素的含量，其作用不再明显，还会造成钢种制造成本的增加。故本发明的硅含量为0.1%~2.0%。