[发明专利]一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢，合金成分重量百分比为：C：0.1‑0.4 wt.%、Si：3.5‑5.5 wt.%、Mn：4.0‑6.0 wt.%、Ni：0.5‑1.0 wt.%、Ti：0.01‑0.1 wt.%，余量为Fe；本发明还涉及一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢的制备方法，包括称取合金成分，冶炼、铸造和热轧工序，本发明的目的是提供一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢及其制备方法，该材料具有优异的力学性能，生产成本低、工艺简单，很好地弥补了铝轻量化所带来的一系列问题，有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种显微组织为纳米结构，利用以硅代铝的合金系统来制备这种轻量化高强韧汽车用钢。

背景技术

钢铁材料广泛应用于国防工业及建筑、机械、造船、汽车、家电等行业，是社会和经济发展的物质基础；当前形势下钢铁材料的生产正面临能源、资源和环境的巨大压力；此外，随着现代工业科技发展与国民经济转型升级，建筑高层化、大跨度桥梁、轻型节能汽车、先进轨道交通装备、大型海工装备、高新船舶、航空航天装备、大型矿山机械设备等飞速发展都对钢铁材料的强度、塑性、韧性等指标提出了更高的要求，国家重大基础工程中进一步强调节能减排和交通装备的轻量化，加快制造业绿色改造升级，促进钢铁、石化、工程机械、轻工、纺织等产业向价值链高端发展；《新材料产业发展指南》明确了先进钢铁材料的发展方向，其中将节能与新能源汽车材料确定为重点应用领域急需的新材料，高强度汽车用钢的研发与应用对于实现节能减排和交通装备的轻量化具有重要意义，致力于开发新型、高强韧、轻量化的钢铁材料，有利于减少对能源和资源的消耗，促进经济社会可持续发展。

目前高强韧汽车用钢已发展至第三代，典型的产品如Q&P钢、中锰钢、低密度钢、超级贝氏体钢等；未来汽车用钢的发展是以高强韧和轻量化为导向，因此目前低密度钢与中锰钢相结合的研究颇多，但也具有很多问题，下面列举几个典型的国内发明专利进行论述，并阐明本发明专利的特点和优势；中国发明专利CN201810362095.X介绍了一种强塑积大于45GPa·%的汽车用高强韧钢及制备方法，采用中碳、中锰及一定含量的铝作为主要合金系统，起到降低密度的作用，并通过热轧、冷轧和退火，使抗拉强度超过1000MPa，强塑积大于45GPa·%，但是此发明中采用中碳及较高的合金系统，对于承担焊接及成形的结构件来说是不适合的，而且较高含量的Al会严重降低材料的刚度，这对于汽车用承载件来说也是不合适的，因此需要从合金系统设计角度重新设计满足当今及未来轻量化高强韧汽车用钢；中国发明专利CN201810507557.2介绍了一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法，其采用高碳、高锰、高铝合金系统，抗拉强度超过1200MPa，延伸率大于30%，虽然此专利介绍的钢种性能非常优异，但也是出现了上面CN201810362095.X专利所体现的问题，一是焊接性和成形性更差，二是加过高的铝刚度降低更多，且实际生产中连铸过程极为困难，另外，此合金含量过高，成本显著提高，不适用于当前及未来汽车用钢的发展，中国发明专利CN201310733931.8介绍了一种1400MPa级低屈强比高延伸率冷轧超高强汽车用钢的制备方法，采用低碳低合金系统，并以简单的制备工艺得到抗拉强度大于1400MPa，延伸率大于等于8%的钢板，但其设计的显微组织以常规马氏体板条结构为主，抗拉强度最高在1500MPa左右，并不能满足可替代热成型钢的要求，未来更安全的防撞结构件需要更高的强度来支撑，因此，基于上述关于轻量化和马氏体强化的相关分析，体现了当前设计和研究符合未来汽车用钢发展的不足，这也是本发明所要克服的。

发明内容

本发明的目的是提供一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢及其制备方法，该材料具有优异的力学性能，生产成本低、工艺简单，很好地弥补了铝轻量化所带来的一系列问题，有着巨大的应用前景。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种以硅代铝轻量化高强韧汽车用钢，合金成分重量百分比为：C：0.1-0.4 wt.%、Si：3.5-5.5 wt.%、Mn：4.0-6.0 wt.%、Ni：0.5-1.0 wt.%、Ti：0.01-0.1 wt.%，余量为Fe。