CN102140606A

CN102140606A - 一种热轧高强低合金多相钢及其制备方法

Info

Publication number: CN102140606A
Application number: CN 201110064611
Authority: CN
Inventors: 孙祖庆; 杨王玥; 李龙飞; 张晓菁
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-08-03

Abstract

一种热轧高低合金多相钢及其制备方法，涉及制备具有高强度并且塑性较好的热轧低合金钢，制备的步骤为：将高硅高锰钢加热到950~1250℃范围内的奥氏体化温度保温以充分奥氏体化，随后以5℃/s~20℃/s的速度C1冷却到A₃至Ar₃范围内，在此温度范围内以0.5s^-1~30s^-1的应变速率实施1~4道次变形，控制各道次间隔时间和形变量，生成体积分数为20%~60％的铁素体后，立刻以10~50℃/s的速度冷却到贝氏体相变区400℃~500℃范围内进行等温处理。本发明制备的热轧高强低合金多相钢的屈服强度高于800MPa，抗拉强度高于1100MPa，延伸率在20%左右。

Description

一种热轧高强低合金多相钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热轧低合金钢及其制备方法，特别涉及具有高强度并且塑性较好的热轧高强低合金多相钢。

背景技术

具有TRIP效应的多相钢（transformation induced plasticity，相变诱发塑性钢）是一种兼具高强度、高延伸率的新型汽车用钢，其强度和塑性与传统汽车用钢及双相钢相比，优势十分明显。TRIP钢是一种多相钢，其显微组织主要由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成。TRIP钢制备工艺中关键步骤之一是获得铁素体(体积分数为40%-60%)和奥氏体的混合组织。在现有的冷轧和热轧TRIP钢生产工艺中，冷轧工艺通过冷轧后的临界区退火得到铁素体和奥氏体的混合组织。这方面的研究较多，工艺也比较成熟，并已在工业领域实际应用。但该工艺繁琐，总体能耗较高。而热轧工艺一般都是终轧后控制随后的冷却过程，从而得到一定体积分数的铁素体和奥氏体的混合组织，虽然可以简化工艺，但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，工艺稳定性较差，对设备的要求也较高。

针对上述问题，发明人提出了一种基于过冷奥氏体动态相变的热轧低硅TRIP钢技术（孙祖庆，杨王玥等，一种热轧低硅多相钢的制备方法，发明专利ZL200710100399.0），该方法工艺简单，工艺稳定性好，易于在工业生产中实现，由此制备的热轧低硅TRIP钢表现出优异的力学性能。用上述方法制备得到的低硅C-Al-Si-Mn系TRIP钢的屈服强度为460MPa，抗拉强度为780MPa，延伸率为32%，强塑积可达24960MPa×%（尹云洋, 杨王玥, 李龙飞, 孙祖庆, 王西涛. 基于动态相变的热轧TRIP钢组织及性能研究. 金属学报, 2008, 44(11), 1299-1304）。而用上述方法制备得到的常规C-Si-Mn系TRIP钢（合金成分，以质量分数计，0.20%C，1.60%Si，1.50%Mn，其余为Fe）的屈服强度为530MPa，抗拉强度为890MPa，延伸率为26%，强塑积为23140MPa×%（尹云洋, 杨王玥, 李龙飞, 孙祖庆, 王西涛. 基于动态相变的热轧TRIP钢组织及性能研究. 金属学报, 2008, 44(11), 1299-1304）。可见，以Al部分替代Si以后，虽然作为TRIP钢重要力学性能指标的延伸率及强塑积提高了，但是其屈服强度和抗拉强度明显下降。

作为结构材料，在很多场合需要钢材具有更高的强度且具有较好的塑性。为此，有必要开发出比上述热轧TRIP钢的强度更高并且延伸率较好的低合金多相钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种热轧低合金多相钢，通过在普通C-Si-Mn 系TRIP钢的基础上提高硅、锰元素的含量，并通过奥氏体区保温、过冷奥氏体区变形及贝氏体区等温处理，获得显微组织为一定配比的铁素体、贝氏体、残余奥氏体及马氏体的热轧多相钢。制备过程工艺流程简捷，而且所得热轧多相钢具有高的强度和较好的塑性，即良好的强度与塑性配合。

本发明的热轧低合金多相钢的化学组成以质量百分数计为：C: 0.18~0.25%；Si:1.9~2.3%；Mn:1.9~2.3%； P:≤0.0052%；S: <0.0053%；其余为Fe；其显微组织组成，以体积分数计，铁素体为30%~60%，贝氏体为25%~50%，残余奥氏体为6%~15%，马氏体为6%~30%；其屈服强度高于800MPa，抗拉强度高于1100MPa，延伸率在20%左右。

本发明的热轧低合金多相钢的实施步骤为：将上述合金成分范围内的钢加热到950~1250℃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~20℃/s的速度C1冷却到温度区间T2~T3内，其中T2处于A₃到A₃以下10℃范围内，T3处于Ar₃以上10℃到Ar₃范围内，在此温度范围内以0.5s^-1~30s^-1的应变速率实施1~4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20%~70%范围内，生成体积分数为20~60％的铁素体后，立刻以10~50℃/s的速度C2冷却到贝氏体相变区400℃~500℃范围内的温度T4进行等温处理，等温时间为1~30分钟，最后水冷或空冷到室温。

在上述方法中，冷速C1由热膨胀法测定，在该冷速下，Ar₃温度在A₃温度以下的100~300℃范围内。

本发明的主要特点是：1）通过提高硅、锰元素的含量，得到细小均匀的奥氏体晶粒。2）通过过冷奥氏体区变形，利用过冷奥氏体动态相变获得一定量（以体积分数计，20~60%）的铁素体；并且由于硅、锰元素的固溶拖曳作用，获得的铁素体晶粒尺寸细小，在1.0~3.0 μm范围内。3）通过贝氏体等温处理，使未相变奥氏体的大部分转变为无碳贝氏体（以体积分数计，25%~50%），其余的未相变奥氏体在冷却至室温后成为残余奥氏体及一定量的马氏体。

与现有技术相比，本发明通过提高硅、锰元素并合理设计热机械处理工艺，能够适于工业实际的制备工艺，可以制备出强度更高并且塑性较好的热轧多相钢。

附图说明

图1是热变形工艺示意图。

图2是实施例1热轧工艺制备的多相钢的显微组织。

图3是实施例2热轧工艺制备的多相钢的显微组织。

图4是实施例3热轧工艺制备的多相钢的显微组织。

图5是实施例4热轧工艺制备的多相钢的显微组织。

具体实施方式

实施例1

选用化学成分按质量百分数为：0.20%C、2.06%Mn、1.98%Si，0.0052％P，0.0053％S，余量为Fe的合金钢。该钢的A₃温度为843℃。制备工艺如图1所示：将该钢在1000℃保温5min后，以5℃/s的速度冷却到780℃（用热膨胀法测得此时钢的Ar₃为627℃），以1s^-1的应变速率变形50％。然后，以30℃/s的速度冷却到400℃并保温3分钟，水冷到室温，得到的多相钢组织如图2所示。其中，铁素体的体积分数约为32%，晶粒尺寸在1.5~2.5μm范围内，贝氏体的体积分数约为49%，残余奥氏体的体积分数约为12%，马氏体的体积分数约为6%。其屈服强度为823MPa，抗拉强度为1180MPa，延伸率为21%，强塑积为24780MPa×%。

实施例2

选用化学成分按质量百分数为：0.20%C、2.06%Mn、1.98%Si，0.0052％P，0.0053％S，余量为Fe的合金钢。该钢的A₃温度为843℃。制备工艺如图1所示：将该钢在1100℃保温5min后，以10℃/s的速度冷却到750℃（用热膨胀法测得此时钢的Ar₃为627℃），以5s^-1的应变速率变形两道次，每道次变形30％。然后，以25℃/s的速度冷却到400℃并保温3分钟，水冷到室温，得到的多相钢组织如图3所示。其中，铁素体的体积分数约为49%，晶粒尺寸在1.5~2.5μm范围内，贝氏体的体积分数约为28%，残余奥氏体的体积分数约为10%，马氏体的体积分数约为13%。其屈服强度为820MPa，抗拉强度为1321MPa，延伸率为19%，强塑积为23635MPa×%。

实施例3

选用化学成分按质量百分数为：0.21%C、2.20%Mn、2.03%Si，0.0047％P，0.0043％S，余量为Fe的合金钢。该钢的A₃温度为840℃。制备工艺如图1所示：将该钢在1200℃保温10min后，以15℃/s的速度冷却到750℃（用热膨胀法测得此时钢的Ar₃为610℃），以15s^-1的应变速率变形两道次，每道次变形50％。然后，以15℃/s的速度冷却到450℃并保温7分钟，水冷到室温，得到的多相钢组织如图4所示。其中，铁素体的体积分数约为47%，晶粒尺寸在1.5~2.5μm范围内，贝氏体的体积分数约为25%，残余奥氏体的体积分数约为8%，马氏体的体积分数约为20%。其屈服强度为805MPa，抗拉强度为1317MPa，延伸率为18%，强塑积为23706MPa×%。

实施例4

选用化学成分按质量百分数为：0.21%C、2.20%Mn、2.03%Si，0.0047％P，0.0043％S，余量为Fe的合金钢。该钢的A₃温度为840℃。制备工艺如图1所示：将该钢在1050℃保温5min后，以5℃/s的速度冷却到780℃（用热膨胀法测得此时钢的Ar₃为610℃），以5s^-1的应变速率变形三道次，每道次变形30％。然后，以10℃/s的速度冷却到450℃并保温5分钟，水冷到室温，得到的多相钢组织如图5所示。其中，铁素体的体积分数约为50%，晶粒尺寸在1.5~2.5μm范围内，贝氏体的体积分数约为22%，残余奥氏体的体积分数约为8%，马氏体的体积分数约为20%。其屈服强度为810MPa，抗拉强度为1256MPa，延伸率为18%，强塑积为22608MPa×%。

上述热轧高强低合金多相钢的制备工艺简单、工艺稳定性好，易于在工业生产中实现。

Claims

1.一种热轧低合金多相钢，其特征在于，多相钢的化学成分组成，以质量百分数计，为：C:0.18~0.25%；Si:1.9~2.3%；Mn:1.9~2.3%； P:≤0.0052%；S: <0.0053%；其余为Fe。

2.一种热轧低合金多相钢的制备方法，其特征在于，制备的步骤为：将权利要求1所述的钢加热到950~1250℃范围内的奥氏体化温度T1，保温5-120分钟的时间t1，使钢充分奥氏体化，随后以5℃/s~20℃/s的速度C1冷却到温度区间T2~T3内，其中T2处于A₃到A₃以下10℃范围内，T3处于Ar₃以上10℃到Ar₃范围内，在此温度范围内以0.5s^-1~30s^-1的应变速率实施1~4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20%~70%范围内，生成体积分数为20%~60％的铁素体后，立刻以10~50℃/s的速度C2冷却到贝氏体相变区400℃~500℃范围内的温度T4进行等温处理，等温时间为1~30分钟，最后水冷或空冷到室温。

3.如权利要求2所述的热轧高强低合金多相钢的制备方法，其特征在于，冷速C1由热膨胀法测定，在C1冷速下，Ar₃温度在A₃温度以下的100~300℃范围内。