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
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
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。
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。
随着对Q&P钢研究的逐步深入，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
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。
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。
本发明的Q&P钢板，其抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥20％，强塑积≥25000MPa。
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％。
本发明的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℃，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℃/s的冷却速度，淬火到280～330℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至350～450℃，保温30～600s；
(2)一次配分后的钢板，以30～100℃/s的冷却速度，水淬到20～80℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至350～450℃，保温30～600s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得Q&P钢板。
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；
(2)热轧：将钢坯在1150～1250℃，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道次冷轧，制得厚度为1.2～1.8mm的冷轧板，即为普通Q&P钢板。
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。
经所述步骤2的工艺，制得钢板的在280～330℃之间奥氏体的体积百分比为15～50％；30～100℃/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。
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。
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。
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。
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。
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。
本发明Q&P钢板的化学成分(以重量％计)限定的原因如下：
C：0.15％至0.28％
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韧性下降。为此碳的上限设为0.28％。优选值为0.18～0.25％。
Mn：1.0％至3.5％
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％，
Si+Al：0.9％至2.5％
硅和铝都能抑制碳化物的形成，在钢淬火至室温后在低于Ac1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Al会在连铸时阻塞喷嘴，增加连铸的难度，且Al会提高材料马氏体相变开始温度及全奥氏体化温度，因此Al的上限定为1.5％。Si的优选值为0.8～1.8％，Al的优选值为小于0.5％。
P、S、N难以避免杂质
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。
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，对组织的韧性、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钢研究的一个热点问题。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，使得原有的不利于韧性的组织，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：
(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；
(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；
(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。
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：
(1)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；
(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；
(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
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；
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
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。
实施例1
一种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。
一种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：
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；
热轧：将钢坯在1200℃，保温120min；热轧7道次，制得厚度为3.5mm的热轧板；
冷轧：将热轧板酸洗，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。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板，在910℃，保温300s，制得完全奥氏体化成分均匀分布的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50℃/s的冷却速度，淬火到300℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至400℃，保温100s；
(2)一次配分后的钢板，以50℃/s的冷却速度，水淬到70℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至400℃，保温50s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得的Q&P钢板。
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。
实施例2
一种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。
一种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：
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；
热轧：将钢坯在1200℃，保温120min；热轧7道次，制得厚度为3.5mm的热轧板；
冷轧：将热轧板酸洗，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。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板，在910℃，保温300s，制得完全奥氏体化成分均匀分布的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40℃/s的冷却速度，淬火到290℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至400℃，保温100s；
(2)一次配分后的钢板，以40℃/s的冷却速度，水淬到55℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至400℃，保温50s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得的Q&P钢板。
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％。
实施例3
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。
一种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：
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；
热轧：将钢坯在1150℃，保温120min；热轧7道次，制得厚度为3.5mm的热轧板；
冷轧：将热轧板酸洗，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。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板，在950℃，保温300s，制得完全奥氏体化成分均匀分布的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50℃/s的冷却速度，淬火到315℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至400℃，保温100s；
(2)一次配分后的钢板，以50℃/s的冷却速度，水淬到60℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至400℃，保温30s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得的Q&P钢板。
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27.2GPa％，其中残余奥氏体的体积分数为12.4％。
实施例4
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。
一种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：
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80mmQ&P钢坯；
热轧：将钢坯在1150℃，保温180min；热轧8道次，制得厚度为3mm的热轧板；
冷轧：将热轧板酸洗，去除表面的氧化铁皮；进行3道次冷轧，制得厚度为1.8mm的冷轧板，即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板，在950℃，保温300s，制得完全奥氏体化成分均匀分布的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℃/s的冷却速度，淬火到315℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至400℃，保温50s；
(2)一次配分后的钢板，以30℃/s的冷却速度，水淬到80℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至450℃，保温20s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得的Q&P钢板。
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28.1GPa％，其中残余奥氏体的体积分数为14.2％。
实施例5
一种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％，余量的Fe和不可避免的杂质；钢板厚度为3.5mm。
一种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：
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；
热轧：将钢坯在1200℃，保温60min；热轧5～8道次，制得厚度为3.5mm的热轧板；
冷轧：将热轧板酸洗，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。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板，在850℃，保温600s，制得完全奥氏体化成分均匀分布的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，以大于30℃/s的冷却速度，淬火到280℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至450℃，保温30s；
(2)一次配分后的钢板，以大于30℃/s的冷却速度，水淬到45℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至400℃，保温80s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得的Q&P钢板。
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％。
实施例6
一种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％，余量的Fe和不可避免的杂质；钢板厚度为3.5mm。
一种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：
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；
热轧：将钢坯在1200℃，保温60min；热轧5道次，制得厚度为3.5mm的热轧板；
冷轧：将热轧板酸洗，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。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板，在850℃，保温600s，制得完全奥氏体化成分均匀分布的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，以大于30℃/s的冷却速度，淬火到300℃；
步骤3，一次配分过程：
(1)将淬火后的Q&P钢板，升温至350℃，保温300s；
(2)一次配分后的钢板，以大于30℃/s的冷却速度，水淬到60℃；
步骤4，二次配分过程：
(1)将水淬后的钢板，在升温至400℃，保温50s；
(2)二次配分后的钢板，淬火到室温，制得的Q&P钢板。
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%，Al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℃，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℃/s的冷却速度，淬火到280~330℃；
步骤3，一次配分过程：
(1) 将淬火后的Q&P钢板，升温至400~450℃，保温30~600s；
(2) 一次配分后的钢板，以30~100℃/s的冷却速度，水淬到20~80℃；
步骤4，二次配分过程：
(1) 将水淬后的钢板，升温至400~450℃，保温30~600s；
(2) 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≥1200MPa，延伸率≥20%，强塑积≥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；
(2) 热轧：将钢坯在1150~1250℃，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道次冷轧，制得厚度为1.2~1.8mm 的冷轧板，即为普通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℃之间奥氏体的体积百分比为15~50%。
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