本發(fā)明屬于汽車用鋼技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼。
背景技術(shù)：
對于當(dāng)今的汽車行業(yè)，“環(huán)境友好、安全、長壽命和低價格”已成為推動汽車工業(yè)發(fā)展的持續(xù)動力。汽車通過輕量化達(dá)到節(jié)能減排是當(dāng)今的發(fā)展方向。研究表明，車重每減少100Kg燃料利用率提高1Km/L，而車身外殼及汽車車身其他部件約占整車質(zhì)量的一半，加上底盤約占全部車重的3/4。車重每減輕10％可節(jié)省燃油3％~10％。因此，發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)汽車“輕量化”的主要舉措是在車身上大量采用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用不僅可以減輕整車重量實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，而且具有很好的吸能性，有望在保證結(jié)構(gòu)剛度的前提下，提高或不失車身的安全性，就環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益而言均大有裨益。
目前，汽車防撞部件一般使用熱成型工藝，即經(jīng)過淬火-回火后得到的回火馬氏體及碳化物，熱成型鋼板強(qiáng)度高但塑性差，加工性差，很難切割和拉直。熱成型鋼材所使用的是一種特殊級別的硼鋼，加工時需要在800~1200噸的壓力機(jī)中采用較大壓力一次沖壓成形，最為困難的是在壓力機(jī)中還需要配置復(fù)雜的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，讓鋼在模具中由約950℃快速冷卻至200℃左右，這需要大量的能源和設(shè)備投入。因此，熱成型鋼板成本高，工藝復(fù)雜，強(qiáng)度高但塑性差，對友好型環(huán)境的發(fā)展也帶來了隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低、工藝簡單、節(jié)能減排、動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼（簡稱高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼，下同）的化學(xué)成分及其含量是：C為0.55~0.65wt%，Si為0.30~1.50wt%，Mn為0.50~2.00wt%，Ni為1.50~2.00wt%，Cr為0.50~1.20wt%，Cu為0.30~1.00wt%，Mo為0.10~0.50wt%，Nb為0.00~0.10wt%，V為0.00~0.10wt%，Ti為0.00~0.10wt%，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
所述高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的制備方法是：將符合上述化學(xué)成分及其含量的鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，進(jìn)行模鑄或連鑄。將鑄坯在1100~1250℃條件下均熱3.0~5.0h，熱軋成板材，隨爐冷卻至室溫；再將所述板材在850~1100℃條件下奧氏體化0.5~4.0h，然后在250~400℃和鹽浴條件下保溫0.3~6.0h，在200~300℃和鹽浴條件下保溫4~35h，在150~250℃和鹽浴條件下保溫30~80h，最后空冷至室溫。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
本發(fā)明的鑄坯化學(xué)成分主要以價格低廉的C、Si和Mn為主，只需添加少量昂貴元素如Ni和Mo，因而成本低廉；采用多步低溫貝氏體轉(zhuǎn)變，工藝容易控制，且等溫溫度較低，減少能源的消耗和對環(huán)境的污染。
本發(fā)明利用逐步（一步、二步、三步）降低等溫溫度的方式，增大貝氏體轉(zhuǎn)變的自由能差（?G），逐步細(xì)化殘余奧氏體轉(zhuǎn)變所得到的貝氏體。在經(jīng)過三步等溫貝氏體轉(zhuǎn)變后，得到的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼中貝氏體鐵素體尺寸有三種，分別為第一步等溫所獲得的貝氏體鐵素體（厚度為300~1500nm）、第二步獲得的貝氏體鐵素體（厚度為50~210nm）、第三步獲得的貝氏體鐵素體（厚度為50~100nm）；制備的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的組織包含納米級的超級貝氏體鐵素體和體積分?jǐn)?shù)為15~30%的薄膜狀殘余奧氏體。
本發(fā)明制備的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼中的薄膜狀殘留奧氏體具有較高的穩(wěn)定性，在高應(yīng)變速率的作用下會發(fā)生TRIP效應(yīng)，可以有效地提高貝氏體鋼的塑韌性，且其合理的形態(tài)分布會大大增強(qiáng)形變時對裂紋的吸收效應(yīng)。同時，殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體時體積會發(fā)生膨脹，膨脹傳遞到周圍的鐵素體時，會產(chǎn)生塑性變形，引起位錯密度的增加，從而表現(xiàn)出位錯強(qiáng)化效果。在不同應(yīng)變速率下，高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼都表現(xiàn)出對應(yīng)變速率的敏感性，即隨著應(yīng)變速率的提高，高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的強(qiáng)塑性都得到了顯著地提高。
本發(fā)明制備的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良：抗拉強(qiáng)度由準(zhǔn)靜態(tài)條件的1249MPa提高到1771MPa；延伸率由8.0%提高到11.4%；強(qiáng)塑積由準(zhǔn)靜態(tài)條件下的9992MPa%提升到20189.4MPa%。因此，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼發(fā)生TRIP效應(yīng)，在抵抗外力強(qiáng)度的同時還能引起塑性的增強(qiáng)，從而使汽車車身防撞部件抵抗外部破壞的能力增強(qiáng)，表現(xiàn)出了優(yōu)良的動態(tài)力學(xué)性能，提高汽車及乘車人的安全。
本發(fā)明所制備的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼屬于高強(qiáng)度鋼，會減輕車身重量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
因此，本發(fā)明制備的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼具有成本低、工藝簡單、節(jié)能減排、動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，且能提高汽車及乘車人的安全。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例1
一種用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼。所述高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的化學(xué)成分及其含量是：C為0.55~0.60wt%，Si為0.30~1.00wt%，Mn為1.20~2.00wt%，Ni為1.50~1.80wt%，Cr為0.50~0.90wt%，Cu為0.50~1.00wt%，Mo為0.10~0.50wt%，Nb為0.01~0.10wt%，Ti為0.01~0.10wt%，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。所述高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的制備方法是：將符合上述化學(xué)成分及其含量的鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，進(jìn)行模鑄或連鑄。將鑄坯在1100~1200℃條件下均熱3.0~4.2h，熱軋成板材，隨爐冷卻至室溫；再將所述板材在850~1000℃條件下奧氏體化0.5~3.0h，然后在250~350℃和鹽浴條件下保溫0.3~3.0h，在200~260℃和鹽浴條件下保溫4~25h，在180~250℃和鹽浴條件下保溫30~60h，最后空冷至室溫。
本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的組織包含納米級的超級貝氏體鐵素體和體積分?jǐn)?shù)為15~25%的薄膜狀殘余奧氏體，動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良：抗拉強(qiáng)度由準(zhǔn)靜態(tài)條件的1249MPa提高到1421MPa；延伸率由8.0%提高到10.7%；強(qiáng)塑積由準(zhǔn)靜態(tài)條件下的9992MPa%提升到15204.7MPa%。
實(shí)施例2
一種用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼。所述高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的化學(xué)成分及其含量是：C為0.58~0.65wt%，Si為0.80~1.50wt%，Mn為0.50~1.20wt%，Ni為1.70~2.00wt%，Cr為0.80~1.20wt%，Cu為0.30~0.80wt%，Mo為0.10~0.50wt%，V為0.01~0.10wt%，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
所述高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的制備方法是：將符合上述化學(xué)成分及其含量的鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，進(jìn)行模鑄或連鑄。將鑄坯在1150~1250℃條件下均熱3.8~5.0h，熱軋成板材，隨爐冷卻至室溫；再將所述板材在950~1100℃條件下奧氏體化2.0~4.0h，然后在300~400℃和鹽浴條件下保溫2.5~6.0h，在240~300℃和鹽浴條件下保溫15~35h，在150~220℃和鹽浴條件下保溫50~80h，最后空冷至室溫。
本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的組織包含納米級的超級貝氏體鐵素體和體積分?jǐn)?shù)為18~30%的薄膜狀殘余奧氏體，動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良：抗拉強(qiáng)度由準(zhǔn)靜態(tài)條件的1268MPa提高到1771MPa；延伸率由9.7%提高到11.4%；強(qiáng)塑積由準(zhǔn)靜態(tài)條件下的12299.6MPa%提升到20189.4MPa%。
本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
本具體實(shí)施方式的鑄坯化學(xué)成分主要以價格低廉的C、Si和Mn為主，只需添加少量昂貴元素如Ni和Mo，因而成本低廉；采用多步低溫貝氏體轉(zhuǎn)變，工藝容易控制，且等溫溫度較低，減少能源的消耗和對環(huán)境的污染。
本具體實(shí)施方式利用逐步（一步、二步、三步）降低等溫溫度的方式，增大貝氏體轉(zhuǎn)變的自由能差（?G），逐步細(xì)化殘余奧氏體轉(zhuǎn)變所得到的貝氏體。在經(jīng)過三步等溫貝氏體轉(zhuǎn)變后，得到的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼中貝氏體鐵素體尺寸有三種，分別為第一步等溫所獲得的貝氏體鐵素體（厚度為300~1500nm）、第二步獲得的貝氏體鐵素體（厚度為50~210nm）、第三步獲得的貝氏體鐵素體（厚度為50~100nm）；制備的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的組織包含納米級的超級貝氏體鐵素體和體積分?jǐn)?shù)為15~30%的薄膜狀殘余奧氏體。
本具體實(shí)施方式制備的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼中的薄膜狀殘留奧氏體具有較高的穩(wěn)定性，在高應(yīng)變速率的作用下會發(fā)生TRIP效應(yīng)，可以有效地提高貝氏體鋼的塑韌性，且其合理的形態(tài)分布會大大增強(qiáng)形變時對裂紋的吸收效應(yīng)。同時，殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體時體積會發(fā)生膨脹，膨脹傳遞到周圍的鐵素體時，會產(chǎn)生塑性變形，引起位錯密度的增加，從而表現(xiàn)出位錯強(qiáng)化效果。在不同應(yīng)變速率下，高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼都表現(xiàn)出對應(yīng)變速率的敏感性，即隨著應(yīng)變速率的提高，高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的強(qiáng)塑性都得到了顯著地提高。
本具體實(shí)施方式制備的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良：抗拉強(qiáng)度由準(zhǔn)靜態(tài)條件的1249MPa提高到1771MPa；延伸率由8.0%提高到11.4%；強(qiáng)塑積由準(zhǔn)靜態(tài)條件下的9992MPa%提升到20189.4MPa%。因此，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼發(fā)生TRIP效應(yīng)，在抵抗外力強(qiáng)度的同時還能引起塑性的增強(qiáng)，從而使汽車車身防撞部件抵抗外部破壞的能力增強(qiáng)，表現(xiàn)出了優(yōu)良的動態(tài)力學(xué)性能，提高汽車及乘車人的安全。
本具體實(shí)施方式所制備的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼屬于高強(qiáng)度鋼，會減輕車身重量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
因此，本具體實(shí)施方式制備的用于汽車車身防撞部件的高強(qiáng)塑積納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼具有成本低、工藝簡單、節(jié)能減排、動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，且能提高汽車及乘車人的安全。