法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-04-10
授权
授权
2019-01-01
实质审查的生效 IPC(主分类):C21D1/19 申请日:20180831
实质审查的生效
2018-12-07
公开
公开
技术领域
本发明属于材料热处理技术领域,具体涉及基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺。
背景技术
随着全球能源危机、环境恶化的日益严重,越来越要求汽车制造业在保证安全的前提下注重节能减排,目前,汽车轻量化是实现这一目标的主要途径。
为了实现汽车轻量化标准,先进高强钢(AHSS)应运而生,目前已经发展到了第三代高强钢。第一代高强钢主要有双相钢(Dual Phase,DP)、复相钢(Complex Steel,CP)和马氏体钢(Martensitic,M)等,其基本组织是BCC结构,一般能够满足强度的要求,但延伸率较低;第二代高强钢含有更高的合金成分,包括孪晶诱发塑性钢(Twinning InducedPlasticity,TWIP)等,强塑性较高,但成本较高;第三代高强钢旨在用低合金元素实现强塑性的良好匹配,其中淬火配分钢(Quenching and Partitioning,Q&P)和中锰钢(MediumMn)是典型代表。
Q&P钢由J.G.Speer教授提出,其基本原理是利用碳的配分,实现奥氏体的稳定化,从而保留至室温,利用TRIP效应增加试验钢的塑性,达到强塑性的良好匹配。Q&P钢的具体实施方式为:先将试验钢在奥氏体区或临界区保温,然后淬火至某一温度(介于Ms点和Mf点之间的温度),得到一部分马氏体组织,然后提升至某一配分温度,实现马氏体中的碳向奥氏体中配分,最后淬火至室温。
目前,Q&P工艺在低锰TRIP钢领域得到广泛应用,但其残余奥氏体含量较少(~10%),强度提高受到限制,因此为了获得更多的残余奥氏体,从而制备超高强度的Q&P钢,本发明将Q&P工艺应用于中锰钢领域,即通过一种中锰Q&P热处理工艺获得超高强度Q&P钢。在已公开的超高强度Q&P钢专利申请中,公开号为CN105648317A的发明专利介绍了一种高强度高塑性中锰Q&P钢冷轧退火板及其制备工艺,制备出临界区的中锰Q&P钢,碳含量为0.1~0.3wt.%,硅含量为0.8~2.0wt.%,锰含量为4.0~8.0wt.%,磷含量<0.01wt.%,硫含量<0.01wt.%,氮含量<0.01wt.%,其余为铁元素,其力学性能方面,抗拉强度900~1300MPa,延伸率24%~37%。
公开号为CN103805851A的发明专利介绍了一种超高强度低成本热轧Q&P钢及其生产方法,公开号为CN107043895A的发明专利提供了一种1500MPa级低碳中锰含铜钢的成分设计及生产方法,上述两个专利均是将Q&P工艺应用于热轧过程。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺,最终得到马氏体+残余奥氏体的双相组织。
具体技术方案如下:
基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺,按照以下工艺路线进行:
(1)完全奥氏体化:分为两段加热过程,分别为预加热阶段和最终加热阶段,先以10℃/s预加热至600℃,再以5℃/s将冷轧板最终加热至780~840℃,并保温180s~3600s,使其完全奥氏体化;
(2)初次淬火:以5℃/s冷却至80~150℃,得到一部分马氏体组织;
(3)配分:以20℃/s加热至450℃,保温300s,完成碳的配分;
(4)最终淬火:以50℃/s快速冷却至室温,得到马氏体和残余奥氏体的双相组织。
所述冷轧中锰Q&P钢的各成分质量百分比为:
C:0.2wt.%;
Mn:5.05~5.09wt.%;
Si:1.12~1.56wt.%;
Al:0.046~1.01wt.%;
S:<0.003wt.%;
P:<0.005wt.%;
余量为Fe和不可避免的杂质。
所述各相含量是跟据电子探针组织图和XRD数据得出:40%~55%的回火马氏体,13%~23%的残余奥氏体,剩余为最终淬火生成的二次马氏体。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果如下:
(1)本发明的各成分化学成分及其作用:
C:0.2wt.%,碳是奥氏体稳定化元素,同时又可以起到很强的固溶强化作用。在配分的过程中,一次马氏体中的碳元素向周围奥氏体中富集,起到稳定奥氏体的作用,使残余奥氏体的含量增加,增加试验钢的强度和塑性;由于碳含量过高会导致焊接性能变差,过少又不足以稳定足够的奥氏体,因此本发明的碳含量控制在0.2wt.%。
Mn:5.05~5.09wt.%,锰是奥氏体稳定化元素,并能够显著提高钢的淬透性,还可以起到固溶强化与细化晶粒的作用,随着锰元素含量的增加可以有效降低马氏体转变的临界转变速度,本发明中将锰元素控制在5.05~5.09wt.%之间。
Si:1.12~1.56wt.%,在碳化物的形成过程中,要排出硅元素,在渗碳体中的溶解度极低,因此可以有效抑制渗碳体的析出,从而使更多的碳元素配分至奥氏体中,稳定奥氏体;但随着硅含量的增加会使钢的表面质量变差,因此本发明将硅含量控制在1.12~1.56wt.%之间。
Al:0.046~1.01wt.%,铝元素可以用作炼钢时的脱氧定氮剂,细化晶粒,改善钢在低温时的韧性,特别是降低了钢的脆性转变温度;在本发明中,铝元素的添加作为对比成分,显著提高了试验钢的延伸性能。
其他元素跟据实际情况的需要酌情添加,或者是作为杂质元素存在。
(2)组织与性能
本发明的基本组织主要包括回火马氏体、奥氏体和二次马氏体,在电子探针组织图片中,黑色并凹陷的组织属于回火马氏体,凸出的组织为奥氏体和二次马氏体。
本发明的力学性能:屈服强度为640MPa~1422MPa,抗拉强度为1312MPa~1522MPa,延伸率为14%~23%。
(3)本发明奥氏体温度为780℃~840℃(AC3~AC3+20℃),防止温度升高导致晶粒粗大,淬火温度在80℃~150℃,防止因淬火温度太高产生过多的二次马氏体。
附图说明
图1为本发明的热处理工艺路线图;
图2为成分1实施例1的电子探针组织图片;
图3为成分1实施例2的电子探针组织图片;
图4为成分1实施例3的电子探针组织图片;
图5为成分1实施例4的电子探针组织图片;
图6为成分1实施例5的电子探针组织图片;
图7为成分1实施例6的电子探针组织图片;
图8为成分1实施例7的电子探针组织图片;
图9为成分2实施例8的电子探针组织图片;
图10为成分2实施例9的电子探针组织图片;
图11为成分2实施例10的电子探针组织图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明,但本发明的保护范围不受附图和实施例所限。
首先按照设计的成分(表1)进行冶炼、连铸、热轧、中间退火和冷轧,并将冷轧板(厚度1.2mm)按照ASTM E8标准加工成拉伸试样(标距25mm)。
根据相变仪试验得到试验用钢的基本相变点参数,见表2,其中Ac1为奥氏体化开始转变温度,Ac3为完全奥氏体化温度,Ms为马氏体开始转变温度。
表1本发明冷轧中锰Q&P钢的化学成分(wt.%)
表2本发明冷轧中锰Q&P钢的基本参数(℃)
根据试验用钢的基本参数设计好具体的热处理工艺,具体实施见表3,每组试验取两个拉伸试样进行热处理,随后在5吨万能拉伸机上进行拉伸,每组试验的力学性能取两个试样的平均值作为最终的力学性能,具体如表4所示。
表3本发明的热处理工艺(升温及降温速率省略)
表4本发明实施案例的力学性能参数
由表4可知,本发明的实施案例具有超高的抗拉强度(>1.3GPa)和良好的延伸性(>14%),抗拉强度最大可达1522MPa,延伸率最大可达22.7%,说明通过该工艺可以制备出超高强度Q&P钢。
由电子探针组织图可知,其组织主要包括回火马氏体、残余奥氏体和新鲜马氏体。其中残余奥氏体以两种形态存在,分别为条状和块状,并且条状残奥的尺寸更小,两种残奥具有不同的力学稳定性,可以在不同变形阶段发生TRIP效应,提高实验钢的综合力学性能。
机译: 生产冷轧低碳钢带和层状材料的改进方法。本发明涉及一种经冷轧的低碳钢带材的生产方法。所述方法包括以下步骤:提供一块完全脱氧并真空脱气的低碳钢;热轧直到获得中间厚度;通过热轧去除the。减少冷量,直到达到最终厚度并确认;该方法的特征在于,钢基本上包含以重量百分比计:0.02至0.10的碳;和0.1至0.9锰; co,残留磷,硫,硅,氧和氮为0.02至0.18; 0.01至0.08的铝,其余的基本上由铁组成,除了偶然的杂质; co是完全物质结合的;将热轧材料冷却到不超过705ºc的温度;将热轧材料冷轧至
机译: 具有高力学性能的铁碳锰锰奥氏体钢耐腐蚀冷轧板的制造工艺
机译: 钢的热处理工艺包括碳氮共渗处理钢表面,调节奥氏体温度,淬火,等温转化直到部件的芯中存在指定的残余奥氏体并冷却