CN103215491A - 一种利用合金元素配分制备碳硅锰系q&p钢的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法，原理属于金属学，应用于冶金生产。为保证Q&P钢具有优异的强度及良好的塑性，并且具备良好的焊接性，使钢中碳含量控制在较低水平，所开发的钢种的显微组织为位错马氏体基体以及一定数量的具有较高机械稳定性的残余奥氏体组织，以实现合金元素的配分作用。因此，采用合理的化学成分设计、利用合金元素在双相区配分作用机理，制备低碳高强C-Si-Mn系Q&P钢，并提出了一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法及工艺。优点在于：在传统碳配分作用基础上，实现合金元素的配分作用，钢中碳含量控制在较低水平，且Q&P钢具有优异的强度及良好的塑性和焊接性，该制备Q&P钢的方法简单易行，成本较低。
Description
技术领域：
一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法，原理属于金属学，应用于冶金生产。
背景技术：
汽车的轻量化是降低油耗的主要途径(约占50％以上)，因而也是减少二氧化碳废气排放的最有效对策。另一方面，随着提高冲撞安全性的标准逐年严格，须提高车身强度、刚度并优化结构以提高安全性。因此，新一代高强塑性钢的研究与开发，对于满足汽车制造用钢、低碳节能环保的社会要求是非常重要的。
高强Q&P钢主要作为汽车覆盖件的加工原料，其中包括立柱、车顶加强板、侧围、前后门内板、车底板以及保险杠等，其加工工艺目前主要以分离成形与拼焊板成形为主。当前在Q&P钢的生产中，为保证获得较多的残余奥氏体，采取的是提高钢中碳的添加量的方法，一般碳含量都要在0.3～0.5wt％。但是钢中碳含量增加会使冷却过程中由奥氏体转变的马氏体中出现大量孪晶，硬度加大，塑性和韧性降低；过高的含碳量会造成过多的碳化物形成，降低碳在奥氏体中的固溶度，从而诱发残余奥氏体的分解，并且对碳配分过程造成干扰，这也是导致塑性偏低的一个重要原因；同时高的碳含量也会加大钢的淬透性，在焊接时增大热影响区容易发生焊接开裂，降低焊接性能，致使性能指标不能满足汽车用钢要求。因此，高强钢的力学性能与焊接性能之间平衡问题已成为一个亟待解决的问题。
为保证Q&P钢具有优异的强度及良好的塑性，并且具备良好的焊接性，需使得钢中碳含量控制在较低水平，所开发的钢种的显微组织为位错马氏体基体以及一定数量的具有较高机械稳定性的残余奥氏体组织，以实现合金元素的配分作用。因此，根据所需Q&P钢显微组织进行低合金C-Si-Mn系合金成分设计，研究合金元素Mn在奥氏体在双相区配分作用机理，及其对室温残余奥氏体稳定性的影响规律，提出一种新型的低碳高强度Q&P钢制备工艺，并揭示其制备机理。
发明内容：
本发明的目的是采用合理的化学成分设计、利用合金元素在双相区配分作用机理，制备低碳高强C-Si-Mn系Q&P钢，并提出了一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法及工艺。
本发明是一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法，其特征在于：所述碳硅锰系Q&P钢化学成分质量百分比为：0.18％～0.23％C、Si＜0.70％、1.30％～2.10％Mn、P＜0.05％、S＜0.03％、0.002％～0.003％B，余量为Fe及不可避免杂质。
上述技术方案中，其特征在于所述的碳硅锰系Q&P钢强塑积可以达到25000MPa·％以上。
本发明一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法，步骤如下：
根据上述特征所述的化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；将板坯进行常规热轧，其特征在于：粗轧开轧温度1130℃～1180℃，粗轧道次变形量为15～25％，精轧总变形量为50％以上，终轧温度为820℃～840℃，终轧板厚为2mm～4mm。进一步包括步骤：以10℃/s升温至720℃～800℃，保温250～600s，然后快速加热至900℃～950℃，保温时间50～200s，盐浴淬火至200℃～230℃并保温15～30s，随后在310℃～420℃保温，保温时间为180s～600s，最后再水淬至室温。
本发明的优点在于：在传统碳配分作用基础上，实现合金元素的配分作用，使得钢中碳含量控制在较低水平，所开发的钢种的显微组织为位错马氏体基体以及一定数量的具有较高机械稳定性的残余奥氏体组织，保证Q&P钢具有优异的强度及良好的塑性，并且具备良好的焊接性，该制备Q&P钢的方法简单易行，成本较低。
附图说明：
附图是本发明Q&P工艺示意图。
具体实施方式：
(1)低碳高强Q&P钢C-Si-Mn系试验用钢制备
设计一系列具有不同Mn含量的低合金C-Si-Mn系试验用钢，采用热力学计算软件Thermo-Calc计算合金元素Mn在各相中的平衡浓度。通过热机械控制(TMCP)工艺使试验钢获得不同晶粒尺寸、形貌及分布的显微组织结构，制备用于Q&P处理的原料钢。
(2)Mn元素在低碳高强Q&P钢的制备中的配分作用机理研究
采用奥氏体和铁素体双相区加热、保温处理，然后水淬的方式，利用高分辨率透射电镜和能量色散X射线(TEM-EDS)以及原子力显微镜探针(AFM)、电子探针(EPMA)等微区分析技术对各相中合金元素Mn浓度进行定量观测。研究不同Mn含量的低合金C-Si-Mn系试验用钢在不同加热温度、保温时间下，Mn元素在双相区配分规律，即Mn元素在两相界面间的配分扩散机制，研究显微组织结构的演化对合金元素Mn配分的影响机理，确定合金元素Mn进行配分的最佳温度区间及其保温时间，建立合金元素Mn配分的热力学、动力学模型，建立合金元素Mn配分与碳配分过程之间的交互作用关系，建立退火工艺(温度和保温时间)与合金元素配分之间的预测模型，确保低碳高强Q&P钢制备的可重复性。
(3)Mn配分与低碳高强Q&P钢显微组织演变及力学性能之间的交互作用
研究不同变形条件，不同晶粒尺寸下合金元素Mn配分、碳配分的演变特性，特别是在细晶马氏体与残余奥氏体之间的合金元素配分机制；建立合金元素配分与室温下获得的残余奥氏体的体积分数和机械稳定性以及实验钢力学性能三者之间的定量关系。
拟选择一定成分的钢坯，经过热轧、冷轧、热处理等工艺，完成高强塑积的高强Q&P钢的制备，获取合金元素Mn配分、碳配分等对高强钢的组织、性能的影响等基础数据和基本规律。采用X射线衍射仪(XRD)及金相显微镜(OM)定量测定淬火试样中的残余奥氏体体积分数，研究合金元素Mn配分、碳配分的温度以及保温时间等参数对残余奥氏体体积分数的影响规律。
Claims (4)
1.一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法。其特征在于：所述碳硅锰系Q&P钢化学成分质量百分比为：0.18％～0.23％C、Si＜0.70％、1.30％～2.10％Mn、P＜0.05％、S＜0.03％、0.002％～0.003％B，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法，其特征在于所述的碳硅锰系Q&P钢强塑积可以达到25000MPa·％以上。
3.一种利用合金元素配分制备碳硅锰系Q&P钢的方法，步骤如下：
3.1根据权利要求1所述的化学成分进行冶炼，铸造坯料锻造成板坯；
3.2将板坯进行常规热轧；
3.3Q&P工艺：以10℃/s升温至720℃～800℃，保温250～600s，然后快速加热至900℃～950℃，保温时间50～200s，盐浴淬火至200℃～230℃并保温15～30s，随后在310℃～420℃保温，保温时间为180s～600s，最后再水淬至室温。
4.根据权利要求3.2所述的方法，其特征在于：粗轧开轧温度1130℃～1180℃，粗轧道次变形量为15～25％，精轧总变形量为50％以上，终轧温度为820℃～840℃，终轧板厚为2mm～4mm。
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