CN101058863A - 一种热轧低硅多相钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种热轧低硅多相钢及其制备方法,涉及制备高强热轧TRIP钢,在普通Si-Mn系TRIP钢中用适量Al替代部分的Si,制备的步骤为:将钢加热以使奥氏体均匀化,随后以5~10℃/s冷却到1100~1000℃内,以0.1~10s-1的应变速率实施1~2道次变形,道次应变量在10%~30%,再以5~50℃/s冷却到A3到A3内,在此温度内以0.5s-1~30s-1的应变速率实施1~3道次变形,各道次间隔时间小于10秒,各道次形变量10%~50%内,生成体积分数为40%~60%的铁素体后,立刻以20~50℃/s冷却到贝氏体相变区400~450℃内进行等温处理,最后水冷或空冷到室温。本发明制备的热轧低硅TRIP钢的显微组织中以体积分数计,铁素体为40%~60%,贝氏体为30%~45%,残余奥氏体为8%~15%左右。制备工艺简单,工艺稳定性好,易于在工业生产中实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种热轧TRIP(transformation induced plasticity,相变诱发塑性)钢及其制备方法,特别涉及热轧低硅TRIP钢。
背景技术
随着人们对保护环境和节能降耗需求的不断增长,汽车制造商对重量轻、能耗低、安全性高的汽车的开发研制也重视起来,对汽车用钢板的要求也越来越高。TRIP钢的组织主要由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成,具有较高的屈服强度和抗拉强度,延展性强,用作汽车钢板可减轻车身重量,降低油耗,同时能量吸收性强,能够抵御撞击时的塑性变形,显著提高汽车的安全性。因此,近年来,世界各国都加大了对TRIP钢的研究与开发。
传统TRIP钢中,成分主要为0.12-0.55%C,0.2-2.5%Mn,0.4-1.8%Si(质量分数,以下同)。在这些合金元素中,Si是一种固溶强化元素,不溶于渗碳体,能强烈阻碍渗碳体的析出和提高铁素体的强度。但是当钢中硅含量较高,热轧时钢材表面很容易形成一层氧化层,这些氧化层即使通过除磷处理,也很难将其彻底除去。在随后的轧制过程中,这些氧化层发生破裂,部分进入钢材的表面,导致钢材表面质量的降低。经冷轧和连续退火后,这些氧化层显著降低材料的涂覆性,必须经过电镀工艺才能进行最后的镀锌处理。这些问题,限制了高Si TRIP钢在实际中的广泛应用。
Al和Si都不溶于渗碳体,都能强烈阻止渗碳体的形成,因此,上世纪80年代不少学者提出用Al来替代Si而发展起来的Al-Mn系TRIP钢。与Si元素相比,铝是一种弱的固溶强化元素,当硅被铝完全取代时,将对TRIP钢的强度-塑性的平衡产生消极作用,此时虽然钢的延伸率能保持相同水平,但是钢的屈服强度最高也只有700MPa左右。另外,当钢中的Al含量提高,钢液的流动性降低,在连续铸造时可堵塞铸管;在焊接时,还容易沿着熔线形成一些“铁素体环(ferritenecklace)”的焊接缺陷。因此,对高强TRIP钢来说,钢中Al含量的控制非常关键。
TRIP钢是一种多相钢,考虑到其组织的多相性及冷轧工艺的控制精确性,现在的TRIP钢一般通过冷轧工艺来生产。其工艺流程一般为奥氏体热轧→卷板及冷却→冷轧→临界区退火→贝氏体区等温处理→终冷。此工艺主要通过冷轧后的临界区退火,将钢快速升温到A3与Ac3的某一温度,保温一段时间,生成体积分数为40%-60%的奥氏体,即得到一定比例的奥氏体和铁素体后,快冷到贝氏体区进行等温处理,让奥氏体发生部分贝氏体相变,最后空冷或水冷到室温。可见,此工艺轧制后还需后续热处理设备和热处理工序,工艺繁琐,能耗较高。因此,从节约能源,降低成本,简化工艺等角度来说,有必要开发出一种热轧工艺来取代目前的冷轧工艺。而对TRIP钢热轧方面的研究,文献“Effect of deformationschedule on the microstructure and mechanical properties of a thermomechanicallyprocessed C-Mn-Si transformation-induced plasticity steel.”,Mtallurgical andmaterials transactions A.2003,34A(8),1599-1609.中I B.TIMOKHINA等人将钢在825℃轧制完后,在γ+α相区以1℃/s的速率缓慢冷却一段时间。在冷却过程中,奥氏体部分转变为铁素体。慢冷结束后,马上快冷到贝氏体相区等温处理。文献“Hot deformation characteristics of Si-Mn TRIP steels with and without Nb microalloyadditions”.ISIJ international,1995,35(3),324-331中A.Z.Hanzaki等人则是在轧制完后,将钢在Ar3与Ar1温度范围内等温一段时间,生成一定量的铁素体后,快冷到贝氏体相区等温一段时间,终冷后得到一定配比的铁素体、贝氏体、残余奥氏体组织。上述两种热轧TRIP钢制备工艺在热轧后,通过在γ+α相区缓慢冷却或等温一段时间,获得一定含量的铁素体,重点控制的是γ→α相变前奥氏体状态的优化,形变和相变分开,要通过这两种工艺生产热轧TRIP钢,必须严格控制冷却速度或冷却过程才能控制铁素体的含量,工艺的稳定性较差。因此,开发出一种工艺简单、工艺稳定性好、易于在工业生产中实现的热轧TRIP钢的技术,是今后TRIP钢生产的主要发展方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种在普通Si-Mn系TRIP钢中加入适量Al以替代部分Si的低硅Al-Si-Mn TRIP钢,并通过过冷奥氏体的变形来控制钢中的铁素体体积分数,然后快冷到贝氏体相变区等温处理,终冷后得到显微组织为一定配比的铁素体、贝氏体、残余奥氏体的热轧TRIP钢。制备过程无需后续热处理,工艺流程简捷。
本发明热轧低硅TRIP钢的组成以质量百分数计为:C:0.18~0.25%;Si:0.3~0.5%;Mn:1.5~2.0%;Al:0.8~1.2%;P:≤0.02%;S:<0.0045%;O:<0.003%;N:<0.0045%;其余为Fe。进一步,本发明的热轧低硅TRIP钢组成的优选成分以质量百分数计为:C:0.18~0.20%;Si:0.4~0.5%;Mn:1.5~1.8%;Al:0.9~1.1%;P:≤0.02%;S:<0.0045%;O:<0.003%;N:<0.0040%;V:<0.12%;其余为Fe。
本发明的热轧TRIP钢制备方法的实施步骤为:将钢加热到1100~1250℃范围内的奥氏体化温度T1,保温5-120分钟的时间t1以充分奥氏体化。奥氏体化温度Tl与钢的成分有关,要确保钢中的合金元素完全固溶。经充分奥氏体化后,以5℃/s~10℃/s的速度C1冷却到温度区间T2~T3的1100~1000℃范围内,以0.1~10s-1的应变速率实施1~2道次变形,道次应变量控制在10%~30%,然后以5℃/s~50℃/s的冷却速度C2冷却到温度区间T4~T5内的某一温度,其中T4处于A3到A3以下10℃范围内,T5处于Ar3以上10℃到Ar3范围内,在此温度内以0.5s-1~30s-1的应变速率实施1~3道次变形,各道次间隔时间小于10秒,控制各道次形变量处于10%~50%范围内,生成体积分数为40%~60%的铁素体后,立刻以20~50℃/s的速度C3冷却到贝氏体相变区400℃~450℃范围内的某一温度T6进行等温处理,等温时间为3~30分钟,等温处理后,水冷或空冷到室温。
冷速C2由热膨胀法测定,在该冷速下,Ar3温度在A3温度以下的50~200℃范围内。
本发明是根据形变强化铁素体相变的学术思路,利用过冷和变形的双重作用促进奥氏体向铁素体转变,通过形变量控制钢中生成的铁素体体积分数,然后快冷到贝氏体相区进行等温处理,在较为简单的工艺条件下得到TRIP钢所需的多相组织,其显微组织中,铁素体体积分数为40%~60%,贝氏体为30%~45%,残余奥氏体为8%~15%左右。在Si-Mn系TRIP钢的基础上,通过加入适量的Al以降低钢中Si的含量,所得到的低硅Al-Si-Mn TRIP钢的A3~Ar3温度区间扩大,达到了100~250℃左右,保证了工艺的顺利实现。同时添加少量的微合金元素V,进一步提高了钢的强度。
与现有技术相比,本发明强调将奥氏体过冷至A3~Ar3温度范围内的某一温度T4~T5,此时奥氏体处于过冷状态,组织中不含铁素体。在过冷和变形的双重作用下,奥氏体直接向铁素体转变(动态铁素体相变),因而可以通过累积轧制压下量来控制TRIP钢中铁素体含量。与现有一些研究不同,本方法不需要控制γ+α相区内的冷却速度或等温时间来控制钢中铁素体含量,减少了所需的工艺控制,从而简化了工艺流程。根据本发明制备的TIRP钢,铁素体主要沿原始奥氏体晶界分布,晶粒尺寸在3~5微米之间;贝氏体被铁素体均匀所分割,贝氏铁素体板条较为短小;残余奥氏体大部分以颗粒状的形式均匀弥散的分布在铁素体基体中,尺寸分布在0.2~1微米之间,且残余奥氏体中碳含量较高,具有较好的稳定性。
附图说明
图1是根据本发明的热变形工艺示意图。
图2是实施例1热轧工艺制备的TRIP钢的显微组织。
图3是根据实施例1制备的TRIP钢的SEM照片。
图4是根据实施例1制备的TRIP钢中残余奥氏体的X射线衍射结果。
图5是实施例4热变形工艺制备的TRIP钢的显微组织。
图6是实施例5热变形工艺制备的TRIP钢的显微组织。
具体实施方式
实施例1
选用化学成份按质量百分数为:0.2%C、1.50%Mn、0.50%Si,1.0%Al,0.0034%N,0.02%P,<0.0045%S;<0.003%O,余量为Fe的低硅TRIP钢。该钢的A3温度为974℃。将该钢在1200℃保温5min后,以5℃/s的速度冷却到1100℃,以0.5s-1的应变速率变形30%(用热膨胀法测得此时钢的Ar3为780℃)。然后,以5℃/s的速度冷却到800℃,以1s-1的应变速率变形40%,得到晶粒尺寸约为2.5~4μm、体积分数约为50%的铁素体。随后,以20℃/s冷却到450℃并保温3分钟,水冷到室温,得到的TRIP钢组织如图2所示。图3是此TRIP钢的SEM照片,从图可见,贝氏体被铁素体均匀所分割,贝氏铁素体板条较为短小;残余奥氏体大部分以颗粒状的形式均匀弥散的分布在铁素体基体中,尺寸分布在0.2~1微米之间,图4是利用X射线衍射测量残余奥氏体含量的结果,该组织主要由体积分数为53%的铁素体,35%的贝氏体、12%的残余奥氏体体所组成。
实施例2
选用钢种的化学成分同实施例1。将该钢在加热到1200℃,等温5min后,以5℃/s的速度降到1100℃,以0.5s-1的速率变形30%后,以15℃/s冷却到800℃。在此温度以20s-1的速度变形45%,然后以40℃/s冷却到450℃等温5分钟后水冷到室温。所得显微组织与实施例1相似,其中铁素体体积分数为55%,贝氏体为35%,残余奥氏体为10%。
实施例3
选用钢种的化学成分同实施例1。将该钢在加热到1200℃,等温5min后,以10℃/s的速度降到1000℃,进行2道次变形,应变速率为5s-1,每道次变形量为15%,各道次间隔时间小于10秒;然后以30℃/s冷却到850℃。在此温度进行3道次变形,应变速率为1s-1,每道次变形量为15%,各道次间隔时间小于10秒;然后以40℃/s冷却到400℃等温10分钟后水冷到室温。所得显微组织与实施例1相似,其中铁素体体积分数为48%,贝氏体为43%,残余奥氏体为9%。
实施例4
选用化学成份是在实施例1中钢的化学成分基础上,添加了0.1%的V。化学成份按质量百分数为:0.2%C、1.54%Mn、0.50%Si,0.94%Al,0.1%V,0.0040%N,0.02%P,<0.0045%S;<0.003%O,余量为Fe。将该钢在1200℃保温5min后,以5℃/s的速度降到1100℃,以0.5s-1的应变速率变形30%后,以5℃/s的速度冷却到800℃,以1s-1的应变速率变形40%后,以20℃/s冷却到450℃并保温5分钟后水冷到室温。图5是该钢的显微组织照片,其中铁素体体积分数为58%,贝氏体为32%,残余奥氏体为10%。
实施例5
采用普通Si-Mn TRIP钢,其化学成份按质量百分数为:0.2%C、1.50%Mn、1.63%Si,余量为Fe。将该钢在加热到1100℃,等温5min后,以5℃/s的速度降到1000℃,以0.5s-1的速度变形30%后,以5℃/s冷却到800℃。然后以1s-1的应变速率变形45%后,以30℃/s冷却到400℃并等温5分钟,最后水冷到室温,得到图6所示的显微组织。其中,铁素体的体积分数为60%,贝氏体为31%及9%的残余奥氏体。
上述热轧低硅TRIP钢的制备工艺简单、工艺稳定性好、易于在工业生产中实现。
Claims (4)
1、一种热轧低硅TRIP钢,其特征在于,热轧低硅TRIP钢的组成以质量百分数计为:C:0.18~0.25%;Si:0.3~0.5%;Mn:1.5~2.0%;Al:0.8~1.2%;P:≤0.02%;S:<0.0045%;O:<0.003%;N:<0.0045%;其余为Fe。
2、如权利要求1所述的热轧低硅TRIP钢,其特征在于,热轧低硅TRIP钢组成的优选成分以质量百分数计为:C:0.18~0.20%;Si:0.4~0.5%;Mn:1.5~1.8%;Al:0.9~1.1%;P:≤0.02%;S:<0.0045%;O:<0.003%;N:<0.0040%;V:<0.12%;其余为Fe。
3、一种热轧低硅TRIP钢的制备方法,其特征在于,制备的步骤为:将钢加热到1100~1250℃范围内的奥氏体化温度T1,保温5-120分钟的时间t1以充分奥氏体化,随后以5℃/s~10℃/s的速度C1冷却到温度区间T2~T3的1100~1000℃范围内,以0.1~10s-1的应变速率实施1~2道次变形,道次应变量控制在10%~30%,然后以5℃/s~50℃/s的冷却速度C2冷却到温度区间T4~T5内,其中T4处于A3到A3以下10℃范围内,T5处于Ar3以上10℃到Ar3范围内,在此温度内以0.5s-1~30s-1的应变速率实施1~3道次变形,各道次间隔时间小于10秒,控制各道次形变量处于10%~50%范围内,生成体积分数为40%~60%的铁素体后,立刻以20~50℃/s的速度C3冷却到贝氏体相变区400℃~450℃范围内的温度T6进行等温处理,等温时间为3~30分钟,最后水冷或空冷到室温。
4.如权利要求3所述的热轧低硅TRIP钢的制备方法,其特征在于,冷速C2由热膨胀法测定,在C2冷速下,Ar3温度在A3温度以下的50~200℃范围内。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090415 Termination date: 20170611 |
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |