CN105734213B - 一种q&p钢板及其两次配分制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Q&P钢板及其两次配分制备方法,属材料热处理技术领域。钢板成分按重量百分比:C:0.15~0.28%,Mn:1.0~3.5%,Si+Al:0.9~2.5%,余量为Fe和不可避免杂质;钢板厚度为1.2~1.8mm;制备方法:1)普通Q&P钢钢板完全奥氏体化;2)将完全奥氏体化的Q&P钢钢板生部分马氏体相变;3)一次配分过程:在350~450℃保温30~600s后,速冷水淬;4)二次配分过程:在350~450℃保温30~600s后,淬火至室温得产品。本发明钢板,微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余奥氏体的体积分数8~22%。本发明制备方法,利用两次配分,稳定了更大体积分数奥氏体,提高加工硬化率。

Description

一种Q&P钢板及其两次配分制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料热处理技术领域,特别涉及一种Q&P钢板及其两次配分制备方法。
背景技术
[0002] 近年来,随着汽车轻量化,节能减排以及汽车安全性的需求,高强度钢的研究和使 用成为了当下技术人员研究的热点。其中,第三代汽车用钢中的Q&P得到了广泛的关注,与 传统钢材相比,Q&P钢具有优异的强度和良好的塑性,作为汽车结构用钢,得到了越来越多 的关注。
[0003] 与传统的淬火-回火(Q&T)工艺相比,Q&P工艺是将完全奥氏体化或者部分奥氏体 化的钢,淬火到马氏体相变开始温度(Ms)和马氏体相变结束温度(Mf)之间,此时马氏体部 分相变,组织中有一部分未转变的奥氏体;随后,在淬火温度,或高于淬火温度进行保温配 分,碳原子从过饱和的马氏体中向未转变的奥氏体中扩散,使得奥氏体足够稳定,能够稳定 的保留到室温,而不发生相变。
[0004] 随着对Q&P钢研宄的逐步深入,发现如果想获得较大量的残余奥氏体,需要相对较 高的淬火温度,而这样的话,经过配分以后,组织中难免会有一部分不稳定的奥氏体转变为 马氏体,或者以M/A岛的形式存在于最后的组织中。如何共同优化Q&P工艺,从而提高室温下 稳定的奥氏体含量,并且让奥氏体以更加稳定,更有利于变形的方式存在,仍然有很重要的 探索价值。
发明内容
[0005] 本发明提供一种Q&P钢板及其两次配分制备方法,该制备方法的特征为,在经历过 两步Q&P淬火配分处理后,在随后的水淬冷却过程中,通过控制终冷温度,来控制不稳定的 奥氏体发生马氏体转变的量,从而增加二次回火(配分)处理,在回火过程中通过碳配分来 稳定更大体积分数和碳含量的奥氏体的Q&P钢,及其热处理方法。
[0006] 本发明的Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.15〜0.28%,Mn: 1.0〜3.5%,Si+ Al:0_9〜2.5%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为1.2〜1.8mm。
[0007]本发明的Q&P钢板,其抗拉强度彡1200MPa,延伸率彡20 %,强塑积多25000MPa。 [0008]本发明的Q&P钢板,其微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余 奥氏体的体积分数为8〜22%。
[0009]本发明的Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0010] 步骤1,完全奥氏体化:
[0011]按Q&P钢板的成分,配料制得厚度为1 • 2〜1 • 8mm的普通Q&p钢板,在850〜950°C,保 温100〜1000s,制得完全奥氏体化的Q&P钢板;
[0012] 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
[0013]将完全奥氏体化的Q&P钢板,以3〇〜100°C/s的冷却速度,淬火到280〜330°c ;
[0014] 步骤3, 一次配分过程:
[0015] ⑴将淬火后的Q&P钢板,升温至350〜450°C,保温30〜600s;
[0016] ⑵一次配分后的钢板,以30〜l〇〇°C/s的冷却速度,水淬到20〜80°C;
[0017] 步骤4,二次配分过程:
[0018] ⑴将水淬后的钢板,在升温至350〜450°C,保温30〜600s;
[0019] ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得Q&P钢板。
[0020] 所述步骤1中,普通Q&P钢板的制备,包括以下步骤:
[0021] ⑴熔炼:按Q&P钢板成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸厚度为50〜8〇mmQ&P钢 坯;
[0022] ⑵热乳:将钢坯在1150〜125〇°C,保温60〜l8〇min;热乳5〜8道次,制得厚度为3 〜5mm的热轧板;
[0023] (3)冷乳:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行3〜5道次冷乳,制得厚度为 1.2〜1.8mm的冷乳板,即为普通Q&P钢板。
[0024] 经过所述步骤1的工艺,Q&P钢板完全奥氏体化,并且成分均匀分布。
[0025] 经所述步骤2的工艺,制得钢板的在280〜33(TC之间奥氏体的体积百分比为15〜 50% ;30〜100°C/s的冷却速度是保证在发生马氏体相变前不发生其他相变的临界冷速;步 骤2的工艺条件,保证的完全奥氏体化的Q&P钢板,在生成马氏体前,不发生其他相变;为随 后的配分过程中,通过工艺调配,获得更大体积分数的稳定奥氏体做好了前期准备。
[0026] 所述步骤3(1),配分温度越高,碳元素的扩散越快,配分完成的越快,所需要的保 温时间越短。
[0027] 经所述步骤3,淬火后的Q&P钢板经过一次配分后,不稳定的奥氏体发生部分马氏 体相变,再通过控制淬火温度,来控制马氏体相变分数。
[0028] 所述步骤4(1),配分温度越高,配分完成的越快,所需要的保温时间越短,在这个 过程中,原本不稳定的奥氏体,通过二次配分,变得更加稳定,同时,奥氏体中的碳含量,进 一步增加,并且,这部分奥氏体由于经过了二次马氏体相变,尺寸更小,稳定性更高。
[0029] 所述步骤3和步骤4,是属于通过控制一次配分后的部分马氏体相变,并配合二次 配分过程,来稳定奥氏体,同时减小奥氏体尺寸,提高奥氏体中碳含量。
[0030] 本发明的Q&P钢板,经过两次配分之后,最终组织中有8 %至22 %体积分数的残余 奥氏体,并且主要以马氏体为主,并有部分热处理过程中不可避免生产的贝氏体组织;相对 于常规工艺的Q&P钢,片状残余奥氏体含量增加,并且残余奥氏体中的碳含量增加。
[0031] 本发明Q&P钢板的化学成分(以重量%计)限定的原因如下:
[0032] C: 0.15% 至 0.28%
[0033] 碳可以通过间隙固溶强烈提高钢的强度,并且碳含量的升高会强烈降低Ac3,从而 降低加热温度节约能源,且碳是最重要的间隙固溶强化元素,为此碳含量的下限为0.15%。 但是过高的碳含量对钢的焊接性能、力学性能及耐蚀性能影响很大,而且可能会引起板材 强度过高而軔性下降。为此碳的上限设为〇. 28%。优选值为0.18〜0.25
[0034] Mn: 1.0% 至 3.5%
[0035] 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。锰是奥氏体稳定元素,能扩大奥氏体区域,降低Ac3 温度。锰具有优良的抑制奥氏体向铁素体转变而提高钢的淬透性的作用。为了降低热处理 时的加热温度,把锰的下限定为1.0%,过高的锰的添加会导致成本增加,因此锰的上限设 为3• 5%。且其成本较锰高,因此限定其上限为5% .Mn的优选值为:1 • 2〜3 • 0%,
[0036] Si+Al:0.9_2.5%
[0037] 硅和铝都能抑制碳化物的形成,在钢淬火至室温后在低于Acl温度范围保温时,硅 和铝能够抑制马氏体中碳化物的析出,而使碳配分到残余奥氏体中,提高奥氏体稳定性,从 而提高钢的强塑积。过少的Si、Al的添加,不能充分抑制热冲压成形过程中碳化物的析出, 因此Si+Al的下限为0.9%。工业生产时,过多的A1会在连铸时阻塞喷嘴,增加连铸的难度, 且A1会提高材料马氏体相变开始温度及全奥氏体化温度,因此A1的上限定为1.5% oSi的优 选值为0.8〜1.8%,A1的优选值为小于0.5%。
[0038] p、S、N难以避免杂质
[0039] 在一般情况下,磷是钢中的有害元素,会增加钢的冷脆性,使焊接性变坏,降低塑 性,使冷弯性能变坏。硫通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性,降低钢的延性和焊接 性能。氮是一种不可避免的存在于钢中的元素。氮与碳的作用类似,并有助于烘焙硬化。 [0040] 本发明的解决问题的思路为:普通Q&P钢的组织,主要由马氏体和残余奥氏体组 成,其中,其中,马氏体分为回火马氏体和淬火马氏体,回火马氏体是在配分的过程中形成 的,经过了碳元素从马氏体向奥氏体中的扩散,因此回火马氏体中的碳含量相对较低;淬火 马氏体是经过配分之后,淬火到室温时,由不稳定的奥氏体形成的,这部分马氏体的碳含量 相对较高,对组织的軔性、阻止裂纹的扩展等都有不利的影响。并且,相当一部分淬火马氏 体,在SEM形貌中,是以马奥(M/A)岛的形式存在的;经过Q&P后的组织中有块状的M/A岛。如 果通过合理的工艺控制,使得Q&P钢有更好的组织调配,达到更优秀的力学性能,是一直以 来Q&P钢研宄的一个热点问题。本发明通过采用传统Q&P钢的成分体系,尽量少的添加合金 元素,通过控制热处理工艺,使得原有的不利于靭性的组织,转变为有利于韧性的组织;经 过二次配分后,M/A岛组织明显减少。具体思路为:
[0041] (a)适用于Q&P钢,在最后冷却过程中会发生马氏体相变,部分不稳定的奥氏体会 相变为高碳的马氏体;
[0042] (b)通过增加一个二次配分(回火)过程,使得高碳的马氏体向奥氏体中再次发生 碳配分,从而稳定更多并且碳含量更高的奥氏体;
[0043] (c)在经过Q&P之后的冷却过程中,由于马氏体相变是瞬时发生,并且会分割剩余 的奥氏体,从而使得组织进一步细化,最终经过二次配分后稳定的奥氏体大多为片状奥氏 体。
[0044] 本发明的稳定奥氏体的Q&P钢板及其两次配分制备方法,与现有技术相比,有益效 果为:
[0045] ⑴利用马氏体相变原理,在马氏体相变过程中,切割奥氏体晶粒,通过两次通过 控制淬火温度来控制马氏体相变,以及两次配分,稳定了更大体积分数的奥氏体;
[0046] (2)本发明所得到的奥氏体,经过了两次配分,碳含量更高,更加稳定,能有效提高 加工硬化率;
[0047] (3)可以与更多的热处理工艺相结合,从而达到更好的力学性能匹配。
附图说明
[0048] 图1本发明实施例的Q&P钢板的两次配分制备方法的流程图;
[0049] 图2本发明实施例1制备的Q&P钢板的组织。
具体实施方式
[0050]以下实施例的Q&P钢板的两次配分制备方法的流程图如图1所示。
[0051] 实施例i
[OO52] —种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0•24%,Mn:l•8%,Si:l•8%,余量的Fe和 不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
[0053] 一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0054] 步骤1,完全奥氏体化:
[0055] 熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为60mmQ&p钢坯;
[0056] 热乳:将钢坯在1200°C,保温120min;热轧7道次,制得厚度为3.5mm的热轧板;
[0057]冷乳:将热乳板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1.8mm的 冷轧板,即为普通Q&P钢板。
[0058] 将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在910°C,保温3〇〇S,制得完全奥氏体化成分均匀分布 的Q&P钢板;
[0059] 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
[0060] 将完全奥氏体化的Q&P钢板,以5(TC/s的冷却速度,淬火到300°C ;
[0061] 步骤3,一次配分过程:
[0062] ⑴将淬火后的Q&P钢板,升温至40(TC,保温100s;
[0063] (2) —次配分后的钢板,以50°C/s的冷却速度,水淬到70°c ;
[0064] 步骤4,二次配分过程:
[0065] (1)将水淬后的钢板,在升温至400°C,保温50s;
[0066] ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
[0067] 本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1302MPa,延伸率22.5%,强塑积29.3GPa%, 其中残余奥氏体的体积分数为13 •6 %。本实施例制备的Q&P钢板,其微观组织见图2,由图可 见,钢板的微观组织为马氏体,残余奥氏体和部分热处理过程中不可避免生产的贝氏体。 [0068] 实施例2
[0069] —种Q&P钢板,成分按重量百分比为:c: 0 • 24%,Mn: 1 • 8%,Si : 1 • 8%,余量的Fe和 不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
[0070] —种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0071] 步骤1,完全奥氏体化:
[0072] 熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为60mmQ&p钢坯; _3]热轧:将钢坯在1200°(:,保温12〇1^11;热乳7道次,制得厚度为3.5111111的热乳板;
[0074]冷轧:将热乳板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷乳,制得厚度为1.8mm的 冷乳板,即为普通Q&P钢板。
[0075]将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在910°C,保温3〇〇s,制得完全奥氏体化成分均匀分布 的Q&P钢板;
[0076] 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
[0077] 将完全奥氏体化的Q&P钢板,以40°C/S的冷却速度,萍火到29〇r;
[0078] 步骤3, 一次配分过程:
[0079] (1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400°C,保温100s;
[0080] (2) —次配分后的钢板,以40°C/s的冷却速度,水淬到55°C ;
[0081] 步骤4,二次配分过程:
[0082] (1)将水淬后的钢板,在升温至400°C,保温50s;
[0083] (2)二次配分后的钢板,萍火到室温,制得的Q&P钢板。
[0084] 本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1321MPa,延伸率21.9%,强塑积28.9GPa%, 其中残余奥氏体的体积分数为12.6%。
[0085] 实施例3
[0086] 一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.2%,Mn:1.3%,Si:1.7%,余量的Fe和不 可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
[0087] 一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0088] 步骤1,完全奥氏体化:
[0089] 熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为eOmmQ&P钢坯;
[0090] 热轧:将钢坯在1150°C,保温120min;热乳7道次,制得厚度为3 • 5mm的热轧板;
[0091]冷轧:将热乳板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷乳,制得厚度为l.Smtn的 冷乳板,即为普通Q&P钢板。
[0092] 将厚度为1 _8mm的Q&P钢板,在95〇°C,保温300s,制得完全奥氏体化成分均匀分布 的Q&P钢板;
[0093] 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
[0094] 将完全奥氏体化的Q&P钢板,以5(TC/s的冷却速度,淬火到315°C ;
[0095] 步骤3, 一次配分过程:
[0096] (1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400°C,保温100s;
[0097] ⑵一次配分后的钢板,以50°C/s的冷却速度,水淬到60°C ;
[0098] 步骤4,二次配分过程:
[0099] (1)将水淬后的钢板,在升温至400°C,保温30s;
[0100] ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
[0101] 本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1265MPa,延伸率21.5%,强塑积27.20?&%, 其中残余奥氏体的体积分数为12.4%。
[0102] 实施例4
[0103] —种Q&P钢板,成分按重量百分比为:(::0.2%蠢:1.3%,31:1.7%,余量的?6和不 可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
[0104] 一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0105] 步骤1,完全奥氏体化:
[0106] 熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为80哪Q&P钢坯;
[0107] 热乳:将钢坯在1 l5〇°C,保温180min;热轧8道次,制得厚度为3mm的热乳板;
[0108] 冷乳:将热乳板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行3道次冷乳,制得厚度为1.8mm的 冷乳板,即为普通Q&P钢板。
[0109] 将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在950°C,保温300s,制得完全奥氏体化成分均匀分布 的Q&P钢板;
[0110] 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变: 将完全奥氏体化的Q&P钢板,以30°C/s的冷却速度,淬火到315°C;
[0112] 步骤3,一次配分过程:
[0113] (1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400°C,保温50s;
[01 M] ⑵一次配分后的钢板,以30°C/s的冷却速度,水淬到8〇°C ;
[0115] 步骤4,二次配分过程:
[0116] (1)将水淬后的钢板,在升温至450°C,保温20s;
[0117] ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
[0118] 本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1233MPa,延伸率22.8%,强塑积28. lGPa%, 其中残余奥氏体的体积分数为14.2%。
[0119] 实施例5
[0120] —种 Q&P 钢板,成分按重量百分比为:C:0.25%,Mn:3.5%,Si:1.2%,Al:0.4%,* 量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
[0121] —种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0122] 步骤1,完全奥氏体化:
[0123]熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为50mraQ&p钢坯;
[0124]热乳:将钢坯在1200°C,保温6〇min;热轧5〜8道次,制得厚度为3.5mm的热轧板; [0125]冷乳:将热乳板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1 • 8mm的 冷乳板,即为普通Q&P钢板。
[0126] 将厚度为l_8mm的Q&P钢板,在85(TC,保温6〇〇s,制得完全奥氏体化成分均匀分布 的Q&P钢板;
[0127] 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
[0128] 将完全奥氏体化的Q&P钢板,以大于30°C/s的冷却速度,淬火到280°C ;
[0129] 步骤3,一次配分过程:
[0130] (1)将淬火后的Q&P钢板,升温至45(TC,保温30s;
[0131] ⑵一次配分后的钢板,以大于30°C/s的冷却速度,水淬到45°C;
[0132] 步骤4,二次配分过程:
[0133] (1)将水淬后的钢板,在升温至400°C,保温80s;
[0134] ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
[0135] 本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1322MPa,延伸率24.5%,强塑积32.4GPa%, 其中残余奥氏体的体积分数为13.7%。
[0136] 实施例6
[0137] —种0&?钢板,成分按重量百分比为:(::0.25%,妣:3_5%,3丨:1.2%,八1:0.4%,余 量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
[0138] —种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
[0139]步骤1,完全奥氏体化:
[OMO]熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为50mmQ&P钢坯;
[0141]热轧:将钢坯在120(TC,保温60min;热乳5道次,制得厚度为3.5mm的热乳板; 10142J冷乳:将热轧板酸洗,去陆农囬的氧化铁皮;进行5道次冷乳,制得厚度为1.8mm的 冷轧板,即为普通Q&P钢板。
[0143]将厚度为l_8mm的Q&P钢板,在850°C,保温6〇〇s,制得完全奥氏体化成分均匀分布 的Q&P钢板;
[0144]步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
[0145]将完全奥氏体化的Q&P钢板,以大于3(TC/s的冷却速度,淬火到30(TC ;
[0146] 步骤3,一次配分过程:
[0147] (1)将淬火后的Q&P钢板,升温至350°C,保温300s;
[0148] ⑵一次配分后的钢板,以大于30tVs的冷却速度,水淬到60。。;
[0149] 步骤4,二次配分过程:
[0150] (1)将水淬后的钢板,在升温至400°C,保温50s;
[0151] ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
[0152] 本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1313MPa,延伸率23 • 8%,强塑积31.2GPa%, 其中残余奥氏体的体积分数为12.9%。

Claims (3)

1.一种Q&P钢板的两次配分制备方法,其特征在于,所述的Q&P钢板成分按重量百分比 为:C: 0 • 15〜0 • 28%,Mn: 1.0~3 • 5%,Si+Al: 0 • 9〜2 • 5%,余量为Fe和不可避免的杂质;其中, Si :0.8〜1.8%,A1 小于 0.5%; 所述的Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤: 步骤1,完全奥氏体化: 按Q&P钢板的成分,配料制得厚度为1.2〜1.8mm的普通Q&P钢板,在850〜950°C,保温100 〜1000s,制得完全奥氏体化的Q&P钢板; 步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变: 将完全奥氏体化的Q&P钢板,以30〜100°C/s的冷却速度,淬火至丨」280〜330°C ; 步骤3, 一次配分过程: (1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400〜450°C,保温30〜600s; ⑵一次配分后的钢板,以30〜100°C/s的冷却速度,水淬到20〜80°C ; 步骤4,二次配分过程: ⑴将水淬后的钢板,升温至400〜450°C,保温30〜600s; ⑵二次配分后的钢板,淬火到室温,制得Q&P钢板; 所制备的Q&P钢板的抗拉强度彡1200MPa,延伸率彡20%,强塑积彡25000MPa%; 所制备的Q&P钢板,其微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余奥氏 体的体积分数为8〜22%。
2.根据权利要求1所述的Q&P钢板的两次配分制备方法,其特征在于,所述步骤1中,普 通Q&P钢板的制备,包括以下步骤: (1)熔炼:按Q&P钢板成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸厚度为50〜80mmQ&P钢坯; ⑵热轧:将钢坯在1150〜1250°C,保温60〜180min;热轧5〜8道次,制得厚度为3〜5mm的 热轧板; (3)冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行3〜5道次冷乳,制得厚度为1.2〜 1.8mm的冷乳板,g卩为普通Q&P钢板。
3.根据权利要求1所述的Q&P钢板的两次配分制备方法,其特征在于,经所述步骤2的工 艺,在280〜330°C之间奥氏体的体积百分比为15〜50%。
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