CN101058863A

CN101058863A - 一种热轧低硅多相钢及其制备方法

Info

Publication number: CN101058863A
Application number: CN 200710100399
Authority: CN
Inventors: 孙祖庆; 杨王玥; 尹云洋; 李龙飞; 王西涛
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: CN100478479C

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

一种热轧低硅多相钢及其制备方法

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

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。