一种高强度-高塑性的高锰TRIP钢板材及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种高强度-高塑性的高锰TRIP钢板材及其制备方法。

背景技术

高锰钢是利用高度锰合金化以获得大量室温奥氏体组织的钢铁材料。高锰钢具有高加工硬化率和高延伸率等优点，在低温容器、减振部件以及汽车轻量化等工程技术领域具有重要应用前景。高锰钢的奥氏体相在变形过程中发生马氏体相变和变形孪生，通过相变诱发塑性(TRIP)效应或孪生诱发塑性(TWIP)效应提高力学性能。然而，高锰钢却在材料零部件成形过程中往往出现过早断裂，存在缺口敏感性高和扩孔性差等问题。这些断裂问题在高锰TRIP钢中尤为突出。因此，高锰钢的使用在零部件成形和承载结构件可靠性等方面存在隐患。

现有方法主要依靠复杂合金化调控合金的相稳定性，但所涉及的多种元素高合金化的方法为生产过程中的合金熔炼、成分和夹杂控制等带来了很大的挑战。另外，高锰钢因为脆性问题而不能采用常规的室温轧制-退火方法调控组织结构。对此，在本专利中我们尝试将材料加热至奥氏体单相区进行轧制处理以实现组织调控，结合组织细化和塑性变形对马氏体相变的影响等原理以制备高强度-高塑性的高锰TRIP钢板材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度-高塑性的高锰TRIP钢板材及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高强度-高塑性的高锰TRIP钢板材的制备方法，采用的高锰钢的成分以质量百分数计为：C：0.05-0.6，Mn：16-26，其余为Fe及不可避免的杂质；包括如下步骤：

步骤(1)：将高锰钢加工成板材；

步骤(2)：将步骤(1)得到的高锰钢加热至完全奥氏体化温度以上保温；

步骤(3)：对步骤(2)得到的处于奥氏体化状态的高锰钢进行多道次温轧处理，累积轧制压下量为40％～90％；

步骤(4)：空冷。

进一步的，步骤(1)中高锰钢板材的初始厚度为8-12mm。

进一步的，步骤(2)中的加热温度为300-600℃，保温时间为5-30min。

进一步的，步骤(3)中每道次的压下量为2-10％，温轧的温度为300-600℃。

一种高强度-高塑性的高锰TRIP钢板材，采用上述的方法制备。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明采用大变形量奥氏体单相区轧制的方法处理高锰钢。根据高锰钢奥氏体化温度低的特点，将高锰钢加热至单相奥氏体状态，并因此得以施加大应变量轧制。轧制-冷却后的高锰钢中奥氏体相的体积分数显著增加，不需增加合金含量即可有效利用TRIP效应。

(2)本发明采用大变形量奥氏体单相区轧制的方法处理高锰钢，所得材料具有高强度和良好的塑性。其在变形过程中发生变形诱发马氏体相变，有利于提高材料的综合力学性能。

(3)本发明依赖常规轧制设备，因高锰钢奥氏化温度很低而可将轧制温度设置为300-600℃，操作容易，有利于连续生产，生产周期时间短，生产效率高，生产成本低，可大规模工业化生产。

(4)本发明的这种简单方法制备所得高锰钢板材具有优异力学性能，结果显示轧制态材料的屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥1200MPa，均匀延伸率≥35％。

附图说明

图1为本发明采用的原始状态高锰钢的显微组织。

图2为本发明的高锰钢的热膨胀曲线图。

图3为实施例1温轧55％后的高锰钢组织形貌和物相分布图。

图4为实施例1得到的高锰钢的应力-应变曲线。

图5为实施例2温轧90％后的高锰钢组织形貌和物相分布图。

图6为实施例2得到的高锰钢的应力-应变曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例制备高强度-高塑性高锰钢板材方法如下：

轧制：将高锰钢加工成厚度为10毫米的板材。对其表面进行除油和机械研磨处理。每一道次轧制前放入450℃的加热炉中保温3～5min。轧制每道次压下量为0.2～1mm，分10道次将板厚轧制为4.5mm±0.1mm，总轧制压下量为55％。最后一道次轧制后空冷。

本实施例通过上述方法得到的高锰钢板材的屈服强度为450MPa，抗拉强度为1200MPa，均匀延伸率为36.5％。经过实施例1处理后的高锰钢的EBSD结果如图3所示，真实应力-真实应变曲线如图4所示。如图3所示，经过轧制总压下量为55％的变形后，板材内部HCP相体积分数明显减小，FCC相体积分数增加。板材整体的强度和塑性均有很大程度提升。

实施例2

本实施例制备高强度-高塑性高锰钢板材的方法如下：

轧制：将高锰钢加工成厚度为10毫米的板材。对其表面进行除油和机械研磨处理。每一道次轧制前放入450℃的加热炉中保温3～5min。轧制每道次压下量为0.2～1mm，分20道次将板厚轧制为1.0±0.1mm，总轧制压下量为90％。最后一道次轧制后空冷。

本实施例通过上述方法得到的高锰钢板材的屈服强度为680MPa，抗拉强度为1340MPa，均匀延伸率为35.5％。经过实施例2处理后的高锰钢的EBSD结果如图5所示，真实应力-真实应变曲线如图6所示。从图5中可以看出，经过轧制总压下量为90％的变形后，板材内部HCP相体积分数减小，FCC相体积分数增加。板材整体的强度和塑性均有很大程度提升。