CN104032109B - 一种高强钢通过热轧及在线热处理的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强钢通过热轧及在线热处理的制备方法，属于金属材料热处理领域。其特征是使用含有0.5‑3.5wt％Mn的低中碳钢，在热轧终轧后对热轧板立即进行在线余热淬火处理，得到完全马氏体或者部分铁素体+马氏体的组织结构，随后在线加热至两相区进行保温，得到大量的板条间奥氏体，然后快冷至配分区进行配分使得奥氏体稳定化，最后快冷至室温。该工艺生产出的热轧板室温组织为：保留有淬火马氏体形态的α相、板条间残余奥氏体、块状马氏体/残余奥氏体岛状组织以及淬火前形成的铁素体组织。本发明得到的含有板条间残余奥氏体的复相组织结构抗拉强度可达800MPa～1350MPa，延伸率达20％～35％，强塑积达到30GPa·％以上。
Description
技术领域
本发明属于金属材料生产领域，涉及一种室温组织组成为保留有淬火马氏体板条形态的α相、板条间残余奥氏体、颗粒状马氏体/残余奥氏体岛状组织以及淬火前形成的铁素体组织的高强高塑的热轧板，及其采用的热轧直接淬火和两相区退火的生产方法。
背景技术
新一代汽车的发展趋势是节能、降耗、环保和安全。因此，汽车必须在保证安全的前提下，依靠减少自身重量来降低油耗、减少排放。资料表明，汽车自身质量每减小10％，可节省燃油3％～7％。为了发展汽车用高强度钢板，促使汽车轻量化，近年来，在世界范围内开始了大量的相关汽车轻量化项目的研究。在满足更加严格的安全标准的前提下，减小车体自身质量，达到五星级的碰撞标准。研究项目的共同目标是将汽车质量降低20％～40％，而达到该目标的主要应对办法是发展新型高强度汽车钢板。双相钢(DP)、相变诱导塑性钢(TRIP)、孪晶诱导塑性钢(TWIP)、淬火配分钢(Q&P)、马氏体钢(MART)和热成形钢等的强度范围为500～1600MPa级的先进高强度汽车用钢，均具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，从而得到钢铁企业和汽车用户的青睐。
由于第一代汽车用钢性能上已不能满足现代汽车发展的需要，而第二代汽车用钢合金含量较大，冶炼及生产难度加大，成本大幅增加，故发展第三代汽车用钢，降低生产成本，提高钢材的强度及塑性，成为国内外的发展重点。随着第一代和第二代汽车用钢的相继研发成功，2007年，美国的科学家首先提出了第三代汽车用钢的概念，并在10月份启动了为期三年的强塑积与成本介于第一代汽车用钢与第二代汽车用钢的第三代汽车用钢的研发工作。中国与韩国也相继启动了相关的研发项目，其主要思想是通过对亚稳奥氏体的相变研究，探索通过多相组织提高塑性的途径，发展强塑积≥30GPa·％的第三代汽车用钢的组织调控技术。以中锰钢为代表的高强塑积第三代汽车用钢通过Mn元素的适量添加与合理的工艺参数的控制来获得具有一定组分配比的组织结构，利用TRIP效应同时获得高强度和高塑性。目前主要采用先热轧，然后冷轧，之后进行罩式退火的工艺方法，生产效率较低；而且锰含量也多在5％～8％，不仅经济成本较高，而且给连铸和轧制带来一定的困难。
本发明的目的是在使用合金元素较少的成分体系的情况下，特别是Mn的含量降低至3.5％以下，通过热轧后在线余温淬火及连续退火热处理，得到含有板条间条状残余奥氏体的特殊复相组织结构，使得强塑积达到30GPa·％以上的高强高塑低锰钢。该种生产方法节约了材料成本，同时无需长时间的罩式退火，节约了生产时间，大大提高了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低锰高强钢的热轧后直接淬火并在线热处理的制备方法，利用热轧后在线淬火然后连续退火，生产出一种能够与中锰钢媲美的高强高塑汽车用钢。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种高强钢通过热轧及在线热处理的制备方法，采用热轧直接淬火加连续退火的制备工艺，其包括如下步骤：
1)将低锰钢成分的铸坯经过加热、粗轧、精轧之后，立即利用余温，在热轧板温度在Ar3以上或者Ar3到Ar1之间时进行在线快速淬火，使得热轧板利用余温在线淬火至Ms点以下，成为完全马氏体组织或者部分铁素体+马氏体的组织；
2)对热轧淬火板进行随后的在线连续退火，加热温度在Ac1以上10℃至Ac3以下20℃之间，保温3min以上，该步骤目的是保证形成适量的两相区奥氏体，并且使得碳、锰等合金元素富集至奥氏体，其中奥氏体可分为两种形态：板条间长条状奥氏体以及颗粒状奥氏体，碳、锰等合金元素将由过饱和的马氏体板条中扩散至两相区奥氏体中，同时马氏体将有一个快速回复的过程，其中的位错密度大大减小，但是马氏体的板条形态会有一定程度的保留；
3)随后以大于30℃/s的冷却速度冷到Ms点以上的温度，该温度通常为300℃～500℃，保温10s以上，进行碳向奥氏体的再次配分，使得奥氏体稳定化，最后快冷到室温。该步骤目的是奥氏体快速冷却从而不发生高温相变，同时通过碳向奥氏体的配分使得奥氏体稳定化，使得部分奥氏体能够保留至室温而不分解。
该种工艺生产出的热轧板室温组织为：保留有淬火马氏体板条形态的α相、板条间残余奥氏体、颗粒状马氏体/残余奥氏体岛状组织以及淬火前形成的铁素体组织。这种热轧在线热处理的生产方式得到的含有板条间残余奥氏体的复相组织结构有着优异的力学性能，强塑积达到30GPa·％以上。
本发明的有益效果：
1)具备优异的综合力学性能。其抗拉强度为800MPa～1350MPa，延伸率达20％～35％，强塑积可达到30GPa以上。
2)本发明的合金成分简单，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。本发明有着与其他高强钢相较来说更优秀的力学性能，同时生产工艺简单，其研究与应用前景非常广泛。
附图说明：
图1为热轧并连续退火工艺示意图。
图2为热轧后淬火得到的典型SEM组织图。
图3为本发明实施例1的典型SEM组织图。
图4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，加热至1200℃保温，随后进行多道次热轧，终轧温度为870℃。随后立即在层流冷却装置上进行快速淬火处理冷至Ms点以下)，得到了完全马氏体组织，组织照片如附图2所示。
表1为实验钢成分的质量百分数
表1 实验钢成分/wt％
| 编号 | C | Si | Mn | S | P | Al | 余量 |
| 1 | 0.28 | 1.87 | 2.0 | 0.0035 | 0.009 | 0.010 | Fe和不可避免杂质 |
随后对淬火热轧板进行连续退火，温度为780℃、800℃以及820℃，在保温10min后，以30℃/s的冷速冷却到400℃保温100s，再快冷到室温。不同工艺参数所对应的性能如表2所示，发明实施例2、3组织示意图如附图3、4所示。
表2为主要工艺参数对应的力学性能
表2 实验钢发明实施例所得性能
Claims (2)
1.一种高强钢通过热轧及在线热处理的制备方法，其特征在于：将成分质量比为C％：≤0.6，Si％：0.5～2.5，Mn％：≤3.5，P％：≤0.015，S％：≤0.015，其余为Fe和不可避免的杂质的热轧板经过多道次热轧以后，热轧板温度在Ar3以上或者Ar3到Ar1之间时进行在线淬火冷至Ms以下，得到完全马氏体或者铁素体+马氏体的组织结构；
其中对淬火后热轧板要进行两相区退火，加热温度在Ac1以上10℃～Ac3以下20℃之间，保温3min以上，保证形成适量的两相区奥氏体，并且使得碳、锰合金元素富集至奥氏体，其中奥氏体分为两种形态：板条间长条状奥氏体以及少量颗粒状奥氏体；然后以大于10℃/s的冷却速度冷到Ms点以上的温度，温度区间为300℃～500℃，保温10s以上，进行碳向奥氏体的再次配分，使得奥氏体稳定化，最后快冷到室温。
2.如权利要求1所述的一种高强钢通过热轧及在线热处理的制备方法，其特征在于：上述方法生产的热轧板室温组织为：保留有淬火马氏体板条形态的α相、板条间残余奥氏体、颗粒状马氏体/残余奥氏体岛状组织以及淬火前形成的铁素体组织。
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