[发明专利]600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法

说明书

本发明提供了一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001‑0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现轻质钢的高抗拉强度、高屈强比、优秀的冷弯性能，并降低了密度，对冶炼、轧制过程的控制也相对简单，极大提高生产效率和过程成本的控制。

技术领域

本发明涉及轻质钢制造领域，具体地指一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法。

背景技术

近年来，随着汽车节能减排技术的推进，汽车轻量化成为一种发展趋势。汽车材料轻量化通常采用两种方式实现，一种方法是通过采用薄规格高强钢来降低钢材的用量，而另一种方法则是通过降低钢材的密度来降低钢材的重量，从而降低钢材的用量。在第二种方法中，由于Al合金具有密度小、原子半径大的特点，因此Al成为降低密度的关键合金，为了使钢材密度降低4％以上，一般钢中会添加3％以上的Al。同时为了提高钢材的塑性，使钢中含有一定的残余奥氏体，使钢材在变形过程中产生TRIP或者TWIP效应，钢中还添加有较多的Mn、Ni等合金元素。因此现有技术中一般存在如下问题：一方面，大量Mn、Ni等合金元素的添加导致这类低密度钢一直在δ铁素体和γ奥氏体两相区轧制，造成钢材的带状组织严重，进而使材料产生各项异性，容易产生冷弯开裂等问题。为了减轻带状组织，这类产品通常需要采用多道次的冷轧及退火，但效果仍然不理想。另一方面，这类钢的屈强比通常较低，一般低于0.80，不能满足高屈强比的用途。

此外，在实现钢材低密度的方法中，也有通过添加6～9％的Al，并降低钢材中的碳至几个PPm级，并添加少量的Mn，采用冷轧、退火的方式来生产厚度0.5～2.0mm的产品，但其抗拉强度550MPa以下，屈强比在0.80以下。

发明内容

本发明的目的是提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它不仅质量轻，而且抗拉强度高、屈强比高。

为实现上述目的，本发明提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001～0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。

并且，所述轻质钢中的C、Al、Mn、Nb的质量百分数满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理：

C：碳在钢中起固溶强化作用，或与钢中的Nb等碳化物形成元素形成MC细小颗粒，起到析出强化和细化晶粒的作用，提高钢材的强度。但碳含量过高容易在钢中形成过多的珠光体，降低钢材的屈强比，进而降低钢材的韧性，且碳含量过高，钢中易于形成带状组织，导致钢材的成型性能和焊接性能下降，因此本发明中的C含量选择为0.05％～0.20％，更优选为0.05～0.15％。

Mn：Mn在钢中起固溶强化和稳定奥氏体的作用，有利于提高钢材的屈强比。含量过低，强化作用太小。Mn含量过高容易导致钢中奥氏体含量增多，从而增加钢中珠光体等第二相组织的比例，不利于得到铁素体组织。另外，Mn含量过高也容易导致钢中形成带状组织，导致材料在冷弯成型过程中容易开裂，因此本发明Mn含量为0.50～2.00％。

Al：Al为轻质元素，由于其原子质量小且比铁原子半径大，可有效降低钢材的密度，因此为轻质钢的主要添加元素，Al也是铁素体形成元素，促进钢中铁素体的形成。但Al元素含量过高会形成FeAl间化合物，降低钢材韧性。因此本发明中Al含量为3.0～8.0％，更优选为4.0～6.5％。