CN102943169A

CN102943169A - 一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法

Info

Publication number: CN102943169A
Application number: CN2012105289220A
Authority: CN
Inventors: 陈银莉; 苏岚; 丁然; 程俊业; 赵爱民; 唐荻
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN102943169B

Abstract

一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法，属于金属材料热处理领域。首先将含有Si、Mn元素及Nb等微合金元素的低碳钢冷轧薄板加热到完全奥氏体区，奥氏体化后进行淬火热处理，然后再加热到两相区使得淬火后的板条马氏体分解，并部分逆转变形成奥氏体，之后将薄钢板快速冷却到Ms点以上保温进行二次配分，最后再快冷到室温。该薄钢板具有由准再结晶铁素体、碳化物、残余奥氏体和极少量的贝氏体/马氏体组织组成的复相组织，且退火后形成的准再结晶铁素体组织遗传有马氏体的板条状形貌特征，有利于提高延伸率。该工艺制备的超高强钢强塑积高，抗拉强度在1100MPa以上，延伸率为20%，强塑积达到22000MPa·%。

Description

一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法

技术领域

本发明属于金属材料热处理领域，涉及一种室温组织组成为准再结晶铁素体+碳化物+残余奥氏体以及极少量贝氏体/马氏体的超高强度薄钢板，及其采用的淬火和两相区退火的生产方法。

背景技术

自上世纪末开始，汽车的减排减重以及提高抗冲击性成为汽车制造业的趋势，为了达到这些目标，可以通过应用可成形的高强度钢材和新的生产技术以及严格的结构设计，各大钢铁制造企业也开始研发新型汽车高强度用钢。

相变诱发塑性钢是指钢中存在多相组织的钢。这些相通常为铁素体、贝氏体、残余奥氏体和马氏体。在形变过程中，稳定存在的残余奥氏体向马氏体转变时引起了相变强化和塑性增长，有利于均匀变形，实现了强度和塑性较好的统一，较好地解决了强度和塑性矛盾。为此残余奥氏体必须有足够的稳定性，以实现渐进式转变，一方面强化基体，另一方面提高均匀的伸长率，达到强度和塑性同步增加的目标。

近年来，相变诱发塑性钢的发展迅速。相变诱发塑性钢主要用来制作汽车的挡板、底盘部件、车轮轮辋和车门冲击梁等。传统多边形铁素体基体相变诱发塑性钢有着很好的成形性能和冲击功吸收性能，但是其凸缘翻边性能的低下制约了其在汽车制造方面上的发展。为此，贝氏体型铁素体基体的相变诱发塑性钢被开发出来，其规整精细的板条组织赋予了其优越的凸缘翻边性能、高的疲劳强度以及冲击吸收功，但是其总延伸率有所降低。原因在于高位错密度的硬质基体以及基体内低的平均内应力，造成了变形初期加工硬化率的快速降低。

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。

专利CN102212657A公开了一种冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法。其特征是将相变诱导塑性钢冷轧板加热到750-850℃，使其部分奥氏体化；快速冷却至220-300℃，冷速40-60℃/s，保温10-20s；再加热至350-450℃，保温10-1000s；最后快速冷却至室温，得到室温为铁素体、马氏体、残余奥氏体的复相组织。经性能检测，屈服强度600-720MPa，抗拉强度960-1060MPa，延伸率20-25%。该发明加热奥氏体化前的基体组织为冷轧后变形拉长的铁素体+珠光体组织，室温组织中有大量马氏体，从而屈服强度较高。

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A_l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。

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。

发明内容

本发明的目的在于利用淬火与两相区连续退火相结合的方法，生产一种汽车用强塑性优良的超高强度钢。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法，采用淬火加两相区连续退火的工艺制备，其包括如下步骤：

1）将成分质量比为C%：≤0.4，Si%：1.5～2.5，Mn%：1.5～2.5，P%：≤0.015，S%：≤0.015，Al%：≤0.07，其余为Fe和不可避免的杂质的冷轧薄板加热到915℃～960℃，保温20～60分钟，使其完全奥氏体化，随后油淬得到板条马氏体组织；

2）对淬火板进行两相区连续退火，加热温度在720℃～820℃，保温20～60min，该步骤目的是将淬火后的板条马氏体经加热退火分解后获得以准再结晶铁素体为主的组织，且使得该准再结晶铁素体组织遗传有马氏体的板条状形貌特征；同时，使得含有过饱和固溶碳的淬火马氏体逆转变形成一定量的奥氏体，并且在此过程中碳向奥氏体中富集。

3）将薄钢板再以大于30℃/s的冷却速度冷到300℃～450℃保温200～2000s，然后再以大于15℃/s的冷却速度快冷到室温。该步骤目的是使得步骤2）形成的奥氏体快速冷却从而不发生高温相变，冷却到Ms点以上时保温，使得碳向奥氏体中二次富集，最后控制冷速冷到室温。

本发明最大的特点是突破了传统相变诱发塑性钢的多边形铁素体基体或者贝氏体基体组织，使用了板条马氏体在两相区重新加热时形成的准再结晶铁素体组织。与其他相变诱发塑性钢种的两相区退火+贝氏体区等温工艺相比，本发明在两相区退火前为非平衡态组织-马氏体，故两相区等温后得到的组织也不一样，为精细规整的亚稳铁素体板条。再通过在配分温度的保温随后快冷到室温，最后得到精细规整的板条准再结晶铁素体基体，条间残余奥氏体和贝氏体/马氏体第二相的混合组织，这种组织结构降低了基体的硬度以及基体和第二相之间的强度比，减少了基体的位错密度，从而达到提高延伸率，保证高强度和好的凸缘翻边性能的目的。最终性能满足抗拉强度在1100MPa以上，延伸率≥20%。

本发明采用淬火加两相区连续退火配分工艺相结合的制备方法生产超高强薄钢板，该工艺制备出的薄钢板具有由准再结晶铁素体、碳化物、残余奥氏体和极少量的贝氏体/马氏体组织组成的复相组织，且准再结晶铁素体组织具有板条状形貌特征。淬火得到板条马氏体组织是本发明保证该钢种具有优异强塑性的前提，准再结晶铁素体具有板条状形貌从而有利于提高薄钢板的凸缘翻边性能，两次配分获得的残余奥氏体保证了钢板的塑性。

本发明的有益效果：

1）具备优异的综合力学性能。本发明涉及到的钢种的抗拉强度为1100MPa，总延伸率为20%。

2）本发明的热处理工艺控制简易可行，目前大部分工业生产线均能在现有的设备上进行生产。

3）应用前景广泛。本发明制备出的汽车高强钢有利于后续的冲压和扩孔等工艺，同时保证了高强钢的力学性能，将其应用在汽车结构材料上，前景可观。

4）兼备传统多边形铁素体基体TRIP钢的力学性能和贝氏体基体TRIP钢的凸缘翻边性能。

附图说明：

图1为热处理工艺示意图。

图2为本发明实施例1的典型SEM组织图。

图3为本发明实施例2的典型SEM组织图。

具体实施方式

将表1所示成分的铸坯，经过热轧、冷轧得到所需要厚度的冷轧薄钢板。

表1为实施例的化学成分(质量百分数)

表1实施例的化学成分(wt.%)

淬火工艺为将厚度为1.5mm～2mm的冷轧低碳钢板放到加热炉中加热到950℃保温20min，然后进行油淬。

本发明采用两相区连续退火温度为760℃和780℃，分别以5℃/s加热到该温度保温1200s，然后以40℃/s的冷速冷却到400℃左右保温200s，再以大于15℃/s的冷速快冷到室温。不同化学成分和工艺参数所对应的性能如表2所示：

表2为主要工艺参数对应的力学性能

表2实施例的力学性能

Claims

1.一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法，其特征在于制备步骤如下：

1）将成分质量比为C%：≤0.4，Si%：1.5～2.5，Mn%：1.5～2.5，P%：≤0.015，S%：≤0.015，Al %：≤0.07，其余为Fe和不可避免的杂质的冷轧薄板加热到915℃～960℃，保温20～60分钟，使其完全奥氏体化，随后油淬得到板条马氏体组织；

2）对淬火板进行两相区退火，加热温度在700℃～800℃，保温15-20min，保证形成体积含量为10%-20%的逆转变奥氏体，并且进行一次碳配分，然后以大于30℃/s的冷却速度冷到Ms点以上的温度，该温度为300℃～450℃，保温200～2000s，进行两次碳配分处理，再以大于15℃/s的冷却速度快冷到室温。

2.如权利要求1所述的一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法，其特征在于：薄钢板室温组织组成为：准再结晶铁素体和碳化物>80%、残余奥氏体>10%和极少量不可避免的贝氏体/马氏体组织。

3.如权利要求2所述的一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法，其特征在于：准再结晶铁素体由淬火后的板条马氏体经两相区加热退火分解后获得，该铁素体组织遗传有马氏体的板条状形貌特征。

4.如权利要求2所述的一种汽车用超高强薄钢板的淬火退火制备方法，其特征在于：残余奥氏体由含有过饱和固溶碳的淬火马氏体逆转变而形成，并且经历了两次碳配分，第一次碳配分在两相区进行，第二次碳配分在Ms点以上进行。