CN104975145A - 一种微合金化高锰钢的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微合金化高锰钢的热处理方法，将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，以40-65℃/s的冷速冷却至480－600℃，保温15－30min；或者将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，水淬至室温，然后在480－600℃回火15－30min。本发明可使微合金化元素充分析出，处理后高锰钢屈服强度在450Mpa以上，抗拉强度在1000MPa以上，延伸率60%，并极大提高钢的抗延迟断裂能力。其工艺简单，易于实施，可以作为微合金化高锰钢的最终热处理。

Description

一种微合金化高锰钢的热处理方法

技术领域

本发明属于钢铁材料热处理工艺领域，具体涉及一种用于微合金化高锰钢的热处理方法。

背景技术

钢铁材料是目前汽车工业中使用最广泛的材料，在可预见的未来，钢铁材料仍然会占据汽车材料的主导地位。近年来，由于人类生存环境的恶化及能源的短缺，迫使汽车工业向轻量化方向发展。根据轻量化汽车联盟的研究结果，汽车重量每减少10%，燃油消耗减少6%～8%，排放减少5%～6%。因此高强钢已经在汽车中大量应用。

高锰钢是指锰含量在13%以上的奥氏体钢，它具有高强度（抗拉强度>1000MPa）、高塑性（延伸率>60%）及更高的吸收能量值的高强汽车用钢，越来越受到汽车生产商的青睐。高锰钢以其高强度、高塑性成为汽车用高强钢的研发热点，利用钒、钛、铌微合金化高锰钢也已经广泛开发，但与之相关的热处理技术很少见诸文献。

高锰钢传统热处理又称之为水韧处理，是将高锰钢加热至某一温度（一般为800－1200℃，快速冷却到室温，对于高锰钢铸件一般还进行一次450℃以下的回火。这样的传统热处理方式不能发挥微合金元素在高锰钢中的作用。

公开号为CN101381839的专利提出了一种高锰钢成分设计及热处理工艺，其工艺为1100℃保温2.5小时，水淬。可以获得高强塑积的高锰钢。这一工艺为传统高锰钢水韧处理工艺，无法充分发挥微合金化高锰钢中合金元素的作用。

公开号为CN102690938A的专利公开了一种高锰钢热处理工艺，其工艺为1000℃保温0.5-3小时，水淬。这一工艺仍然无法发挥微合金化高锰钢中合金元素的作用。

公开号为CN101429590的专利提出了一种高锰钢热处理工艺，其工艺为600℃－850℃保温0.1-1小时，以5－100℃/s的冷速冷却至室温。这一工艺在一定程度上可以产生一定的沉淀相，但取决于先期（比如热轧）的工艺，微合金元素的使用效率极低，不能从根本上解决微合金化高锰钢的热处理问题。

发明内容

本发明旨在提供一种容易操作，能够稳定发挥微合金化元素在高锰钢中析出强化和氢陷阱作用，提高力学性能和抗延迟断裂能力的微合金化高锰钢的热处理方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种微合金化高锰钢的热处理方法，其特征在于，将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，以40-65℃/s的冷速冷却至480－600℃，在这一温度下保温15－30min；或者将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，水淬至室温，然后在480－600℃回火15－30min。

本发明的热处理工艺依据如下：

均热温度是保证微合金化元素充分固溶与析出的重要参数，如果均热温度过低，则微合金化元素不能完全固溶，致使微合金化元素的析出量减少，影响微合金化元素作用的发挥。如果均热温度过高，则导致奥氏体晶粒粗大，使高锰钢的综合性能下降。因此，本发明中将均热温度控制在900-1200℃。冷却速度决定着微合金化元素析出相的数目和尺寸，当析出相尺寸细小、数量较多时所起的作用较大。如果冷速慢，则在冷却过程中在较高的温度析出大尺寸的第二相，降低微合金元素的使用效率。因此选择较快的冷速，以保证微合金化元素在较低温度的等温阶段析出，使微合金化元素的作用充分发挥。另外，如果冷却速度过慢，则会在620－650℃生成渗碳体，降低固溶碳，从而严重恶化高锰钢的性能。等温（或者回火）温度，决定了微合金元素的析出总量以及尺寸，根据溶度积公式，在化学成分相同时，温度越低析出相的总量越多、尺寸越细小。但所有的微合金化元素析出相均存在一个最低的析出温度，在该温度下析出相不能形核、长大。如果等温（或者回火）温度过高，将会减少析出相总量并增大析出相的尺寸，不利于微合金化元素作用的发挥。再者，当等温温度接近650℃时，将会生成大量的渗碳体而恶化高锰钢的性能。因此，本发明中将等温（回火）温度控制在480－600℃。本发明中，快冷也可以采取水淬的方式进行，但需要在480－600℃进行回火处理，以保证微合金化元素的充分析出。两者原理一致，效果相同。一定的保温时间是微合金化元素充分固溶与析出的前提，但时间过长则会增加成本、降低效率，本发明选择15-30分钟。

本发明的热处理工艺，易于实现，冷轧产品可以在罩式炉及连退炉进行热处理，只要发明中的技术要求得到满足，即能获得性能优良的微合金化高锰钢。本发明中的微合金化高锰钢含钒、钛、铌任一元素或其组合。

本发明的有益效果为：

1、本发明工艺简单、易于实施，可以作为微合金化高锰钢的最终热处理。

2、本发明热处理微合金化高锰钢可以得到较佳力学性能，高锰钢的屈服强度在450Mpa以上，抗拉强度在1000MPa以上，延伸率60%。

3、本发明可使微合金化元素充分析出，在提高强度的同时，也极大提高了TWIP钢的抗延迟断裂能力。

具体实施方式

本发明对加热方式及生产线没有任何限制，只要满足在900-1200℃保温15－30分钟，以大于40℃/s的冷速冷却至480－600℃并保温10－30分钟；或者在900-1200℃保温15－30分钟，水淬，然后在480－600℃回火15－30分钟均可。

实施例及对比例均为含钒微合金化高锰钢。

实施例1：

将微合金化高锰钢加热至900℃，保温15分钟，以45℃/s的冷速冷却至600℃并保温15分钟。

实施例2：

将微合金化高锰钢加热至1200℃，保温30分钟，以60℃/s的冷速冷却至480℃，并保温30分钟。

实施例3：

将微合金化高锰钢加热至1050℃，保温20分钟，以50℃/s的冷速冷却至550℃，并保温20分钟。

实施例4：

将微合金化高锰钢加热至900℃，保温15分钟，水淬至室温，再加热至600℃并保温15分钟。

实施例5：

将微合金化高锰钢加热至1200℃，保温30分钟，水淬至室温，再加热至480℃并保温30分钟。

实施例6：

将微合金化高锰钢加热至1050℃，保温30分钟，水淬至室温，再加热至550℃并保温20分钟。

对比例1：

将微合金化高锰钢加热至1050℃，保温20分钟，水淬至室温。

对比例2：

将微合金化高锰钢加热至1050℃，保温20分钟，以10℃/s的冷速冷却至550℃并保温20分钟。

对比例3：

将微合金化高锰钢加热至1050℃，保温20分钟，水淬至室温，再加热至650℃保温20分钟。

热处理完成后，对实施例和对比例进行充氢前、后力学性能测试，测试结果见表1。

表1实施例和比较微合金化高锰钢力学性能测试结果

抗延迟断裂性能主要依据是对样品进行电化学充氢，然后测试力学性能，根据性能变化对抗延迟断裂性能进行评估，如果延伸率有较大下降表明其抗延迟断裂性能差。

从实施例1-6、比较例1-3及表1可以看出：

采用本发明设计微合金化高锰钢热处理工艺，强度和延伸率均较高，特别是抗延迟断裂性能好。实施例1-6满足本发明的热处理工艺设计要求，对应的综合性能好，抗拉强度在1000MPa以上，延伸率在60%以上，且充氢后力学性能下降不大，表明其有良好的抗延迟断裂能力。而对比例中高锰钢的性能明显不如实施例，而且充氢后其性能下降更大。对比例1，是正常的水韧处理，没有时效过程，无微合金元素析出，虽然延伸率较高，但强度偏低，且充氢后力学性能大幅下降，抗延迟断裂能力差。对比例2，虽然有一定的析出，但其尺寸大、数目少，因此其力学性能也较差，抗延迟断裂性能不好。而对比例3，由于形成了大量的渗碳体，虽然其抗延迟断裂能力尚可，但其力学性能太差。

因此，本发明设计的热处理工艺，适用于微合金化高锰钢的热处理。应用此工艺，可以稳定发挥微合金化元素析出强化和氢陷阱作用，获得综合性能优异的高锰钢。

Claims (1)

1.一种微合金化高锰钢的热处理方法，其特征在于，将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，以40-65℃/s的冷速冷却至480－600℃，在这一温度下保温15－30min；或者将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，水淬至室温，然后在480－600℃回火15－30min。