CN102199722A

CN102199722A - 一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板及制备方法

Info

Publication number: CN102199722A
Application number: CN 201110117580
Authority: CN
Inventors: 陈银莉; 高绪涛; 赵爱民; 米振莉; 唐荻
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明公开了一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板及制备方法。其的显微组织为无碳化物贝氏体，也可以有极少量马氏体。其TRIP效应由无碳化物贝氏体组织中存在于铁素体板条束间的富碳残余奥氏体产生。该钢板的成分按质量百分比为：0.15~0.25%C、1.0~2.0%Si、1.0~2.0%Mn、0.1~0.5%Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法为：将按此种成分冶炼的原料钢坯加热到1200±10℃，保温1小时，之后分别在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行多道次的控制轧制，终轧温度为920~880℃。轧制后以大于50℃/s的冷速水冷至贝氏体转变温度380~420℃保温30~60min后空冷或卷取后空冷。

Description

一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板及制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料的制造方法，特别涉及一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性(TRIP)钢板及制备方法。

背景技术

作为先进高强度汽车板的代表，TRIP钢板具有高的屈服强度和抗拉强度，延展性强，冲压成形能力高，可冲制较复杂的零件，还具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递。由于其独特的强韧化机制和高的强韧性，被公认为是新一代汽车用高强度钢板。可用于汽车吸收碰撞能量的部件，例如，保险杠和保险杠加强筋、撞击横梁，前后悬架支撑，发动机室两侧的纵梁钢板，车门坎板，底盘结构件以及其他相关部件等等。在提高安全性的同时，还会避免车身增重。同传统钢板相比，用TRIP钢板制造的零件重量减轻约12％，而车重减轻10％，可降低油耗3％～7％，同时废气的排放量也减少，减轻了对环境的污染，整体经济效益明显提高。

生产TRIP钢板典型的工艺路线主要分为热轧和冷轧热处理两种，钢板组织组成主要是铁素体(40-60％)、贝氏体(10-40％)和残余奥氏体(5-15％)，以及极少量的马氏体。由于以软的铁素体为基体，硬的贝氏体和亚稳的残余奥氏体分布在铁素体基体上，TRIP钢板的强度一般为600～800MPa，1000MPa以上的超高强度TRIP钢的生产还存在很大困难。热轧TRIP钢相对于冷轧热处理工艺生产的TRIP钢，可节约能源，降低成本，简化工艺。

专利CN101191174A公开了抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢及制造方法。此专利的钢种成分中硅≤0.8％，并加入0.8～2.5％的铝作为铁素体形成元素。制备工艺上通过将轧后的钢冷却到奥氏体和铁素体两相区温度区间，保证发生足够的铁素体相变。所以钢板组织为铁素体+贝氏体(马氏体)+残余奥氏体的三相组织。由于组织中有强度较低的铁素体相，此专利的钢种的抗拉强度只有750MPa。

专利CN1076223A公开了热轧低合金高强度钢板及其制备工艺，利用残余奥氏体的TRIP效应获得具有良好强度及塑性的低合金高强度钢板。其钢种成分为0.20～0.40％C，1.5～2.1％Si，1.0～2.0％Mn。热轧后钢板组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体的三相组织。为了保证钢板塑性值及强度-塑性匹配指数，其轧后冷却速度控制范围为15～40℃/s，超过这一范围后则塑性锐减。此专利的钢种的抗拉强度最高达到1000MPa。该方法中，为了保证残余奥氏体的含量，添加了较多的C和Si，在其实施例中，C含量达到0.32％，Si含量达到2.0％以上。高的Si含量对于钢板的表面质量是不利的。

申请公布号CN1018861661A的专利公开了热轧相变诱发塑性钢的生产方法。成分中含有1.45％的Al作为铁素体形成元素，获得一定配比的铁素体、贝氏体、残余奥氏体组成的三相组织。通过添加较高的合金元素A₁提高A₃温度，并添加Nb，实现在970～820℃，即A₃和A_r3温度区间轧制，从而产生形变积累效应，使奥氏体发生形变诱导铁素体相变，提高钢的强度和韧性。此专利的钢种的抗拉强度只达到855MPa。且由于需要在A₃和A_r3温度区间累计大变形实现强化，对工业生产控制提出了严格要求。

专利CN1207143A公开了生产高强度和高成形性的含铜热轧相变诱生塑性钢的方法。成分中含有0.02～0.10％Al、0.6～2.0％Cu和0.6～2.0％Ni合金元素，利用Cu的沉淀强化来提高强度，获得铁素体、贝氏体和残余奥氏体构成的三相结构，或粒状结构。

申请公布号CN101942600A的专利公开了一种高强度高塑性中锰TRIP热轧钢板的制备方法。成份中含有5～10％的Mn和0.01～0.10％的Nb。热轧后需要在加热炉中600～850℃温度区间保温1-24h。

专利CN101058863A公开了一种热轧低硅多相钢及其制备方法。成分中含有0.8～1.2％的Al作为铁素体形成元素，获得的组织为：铁素体40～60％，贝氏体30～45％，残余奥氏体为8～15％。该发明强调将奥氏体过冷至A₃～A_r3的温度区间实施1～3道次变形，通过累积轧制压下量来控制钢中的铁素体含量。变形后需进行等温处理3～30min。

专利CN101550514A公开了一种热轧相变诱发塑性钢板及其制备方法。成分中含有0.60～0.70％的Si和0～0.40％Nb。通过3～5个道次的粗轧和2个道次的精轧，获得含有约50％的铁素体+40％贝氏体+10％残余奥氏体的三相组织。由于组织组成以铁素体为主，此专利的钢种的抗拉强度最高只达到739MPa。

申请号CN101942601A的专利公开了一种含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法。成分中含有0.01～0.06％Nb和0.05～0.15％V。通过两种方法获得800MPa级热轧相变诱发塑性钢。方法一是：终轧后在740℃的保温炉中保温3分钟，然后空冷至670～690℃，之后水冷至400～450℃卷取；方法二是：在740～760℃终轧后水冷至400～450℃卷取；第一种方法在工业生产中较难实现，第二种方法终轧温度低，增加了控制轧制难度。

专利CN101297049A公开了一种用于制造具有多相组织的热轧带材的方法。成分中含有0.12～0.25％C、0.05～1.8％Si和1.0～2.0％Mn，通过薄板坯连铸连轧生产线(CSP)获得由40～70％铁素体、15～45％贝氏体及5～20％残余奥氏体构成的三相组织。该方法中需要在紧靠A_r3温度之上的770～830℃之间进行最后变形，且有控制的分两级冷却，以便保证在650～730℃的铁素体区域中停留一段时间以保证获得至少40％的铁素体。

专利CN101082100A公开了延伸凸缘性优异的高强度钢板。采用连续退火工艺获得抗拉强度980MPa以上、以贝氏体铁素体为母相的TRIP钢板，组织为：贝氏体铁素体70％以上，残留奥氏体2～20％，多边铁素体和准多边铁素体合计为15％以下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板及制备方法。

本发明利用含硅钢中容易形成无碳化物贝氏体的特性，在普通Si-Mn系TRIP钢中加入适量Mo元素，用于抑制多边形铁素体的形成，促进无碳化物贝氏体组织的形成；并将C含量控制在较低范围，有利于提高钢板焊接性能。通过控制轧制获得显微组织为无碳化物贝氏体的热轧相变诱导塑性钢。其TRIP效应由无碳化物贝氏体组织中存在于铁素体板条束间的富碳残余奥氏体产生。Mo元素的加入会提高钢的淬透性，热轧钢板经过冷却后显微组织中也可能出现极少量的马氏体组织，这种组织对钢的塑性不利，因此必须控制其体积百分比在5％以下。本发明的钢种成分经济，热轧和轧后冷却工艺简单易行。按本发明方法生产的热轧相变诱导塑性钢板的抗拉强度达到1170MPa，延伸率达到21％，强塑积达到25000MPa·％。钢板同时具备高强度和高塑性的特点，适合应用于汽车结构件和安全件。

为达到上述目的，本发明的热轧相变诱导塑性钢(TRIP)的成分按质量百分比为：0.15～0.25％C、1.0～2.0％Si、1.0～2.0％Mn、0.1～0.5％Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

C：TRIP钢所有的合金元素中，C对残余奥氏体稳定性的影响最大，并决定着TRIP钢的性能。C是一种奥氏体稳定化元素，能扩大γ相区，在较宽的温度范围内促进奥氏体的生成。γ相区的扩大，可增加固溶时奥氏体中的C含量。本发明中C的控制范围为0.15-0.25％。碳含量过低，无法保证钢板的强度；反之，过高的C含量会促使富碳奥氏体中析出碳化物，则形成羽毛状上贝氏体，并且高含碳量对钢板焊接性能不利。

Si：Si是非碳化物形成元素，能显著阻碍渗碳体析出。形成碳化物时，硅需要扩散开，但温度低又不容易扩散，故延迟渗碳体形成。含硅钢中贝氏体形成时，铁素体首先形核长大，形成板条束形态，此时，由于硅的存在，铁素体周围的奥氏体富碳，但难以析出碳化物，因此，在板条束间存在的富碳奥氏体膜被稳定，而以残余奥氏体形式保留下来，最终得到无碳化物贝氏体组织。另外，Si还是一种较强的固溶强化元素，可显著提高钢的强度。本发明中Si的控制范围为1.0～2.0％。

Mn：锰起到奥氏体稳定剂的作用，因而能够降低残余奥氏体的Ms温度。Mn能降低渗碳体的开始析出温度，降低C在铁素体和奥氏体中的活度系数，增大C在铁素体中的溶解。但太多含量的锰(＞2.5％)会使残余奥氏体的稳定性大大提高，以致存在较高的塑性变形时残余奥氏体也不会发生相变，对提高工件的延展性不利。本发明中，Mn的含量控制在1％-2％之间，有利于增加奥氏体的稳定性，提高组织中残余奥氏体的体积分数。

Mo：钼扩大奥氏体相区，降低相变温度、推迟奥氏体到多边形铁素体的转变，使C曲线右移，但不明显推迟贝氏体转变，促使单一针状铁素体形成，所以过冷奥氏体得以直接在低冷速下向贝氏体转变。钼通过再结晶和在钢板中析出时很强的溶解牵制作用来影响相变，更重要的是，钼可以提高碳在奥氏体中的溶解度，降低碳化物沉积作用的驱动力，使其沉积扩散作用明显减弱。本发明中，钼含量控制在0.1～0.5％。

本发明所述的制备方法，包括如下步骤：

(1)按下述成分(质量百分比)冶炼，获得原料钢坯：0.15～0.25％C、1.0～2.0％Si、1.0～2.0％Mn、0.1～0.5％Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

(2)将钢坯加热到1200±10℃保温1小时，之后分别在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行多道次的控制轧制，开轧温度为1100℃，终轧温度为920～880℃。

(3)将轧后的钢板以不低于50℃/s的冷速水冷至贝氏体转变温度380～420℃保温30～60min后空冷或卷取后空冷，最终获得热轧钢板。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明充分利用无碳化物贝氏体具有高强度和高韧性组合的特点，在普通Si-Mn系TRIP钢中加入适量Mo元素，通过多道次的控制轧制获得显微组织为无碳化物贝氏体的热轧相变诱导塑性钢。本发明利用贝氏体基体取代现有技术中的铁素体基体，获得高强度；利用无碳化物贝氏体组织中存在于铁素体板条束间的富碳残余奥氏体产生TRIP效应，使钢板获得高的强塑积。本发明的工艺控制简单易行。

附图说明

图1为本发明实施例1的典型金相组织图。

图2为本发明实施例2的典型金相组织图。

图3为本发明实施例3的典型金相组织图。

图4为本发明实施例4的典型金相组织图。

具体实施方式

本发明的具体实施例参见表1～3，表1为实施例的化学成分，表2为实施例所采用的工艺参数，表3为实施例力学性能，图1～4为实施例的典型金相组织图。

表1 实施例的化学成分 (wt％)

C	Si	Mn	Mo	P	S
						0.20	1.41	1.85	0.31	＜0.01	＜0.01

表2 实施例所采用的工艺参数

表3 实施例力学性能

Claims

1.一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板，其特征在于：该钢板的成分按质量百分比为： 0.15~0.25%C、1.0~2.0%Si、1.0~2.0%Mn、0.1~0.5%Mo、余量为Fe和不可避免的杂质，该热轧钢板的抗拉强度达到1170MPa，延伸率达到21%，强塑积达到25000MPa·%。

2.如权利要求1所述的一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板，其特征在于：所述热轧相变诱导塑性钢板的显微组织为无碳化物贝氏体和马氏体，所述无碳化物贝氏体的体积百分比为95~100%，所述马氏体体积百分比为5%以下。

3.如权利要求1所述的一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板，其特征在于：其TRIP效应由无碳化物贝氏体组织中的富碳残余奥氏体产生，富碳残余奥氏体存在于无碳化物贝氏体组织中的铁素体板条束间。

4.如权利要求1所述的一种贝氏体基体的热轧相变诱导塑性钢板的制备方法，以下列步骤进行：（1）将下述成分的钢冶炼成原料钢坯，其成分按质量百分比为： 0.15~0.25% C、1.0~2.0%Si、1.0~2.0 %Mn、0.1~0.5 %Mo，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）将钢坯加热到1200±10℃保温1小时，之后分别在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行多道次的控制轧制，开轧温度为1100℃，终轧温度为920~880℃；

（3）将轧后的钢板以不低于50℃/s的冷速水冷至贝氏体转变温度380~420℃保温30~60min后空冷或卷取后空冷，最终获得热轧钢板。