CN108950150B - 基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰q＆p钢热处理工艺 - Google Patents

基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰q＆p钢热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料热处理技术领域，尤其涉及基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺。具体工艺路线是将冷轧板在780‑840℃(均位于完全奥氏体化温度AC3至840℃之间的某一温度)保温180s‑3600s，然后快速冷却至80‑150℃，再加热至450℃进行配分处理，保温300s后快速冷却至室温，得到抗拉强度1312MPa‑1522MPa、屈服强度640MPa‑1422MPa，延伸率14％‑23％的超高强度冷轧中锰Q&P钢。本发明技术方案是在完全奥氏体化的基础上，通过调整奥氏体化参数、淬火温度和配分制度，成功获得具有超高强度和良好塑性的冷轧中锰Q&P钢。

Description

基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q＆P钢热处理工艺
技术领域
本发明属于材料热处理技术领域，具体涉及基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺。
背景技术
随着全球能源危机、环境恶化的日益严重，越来越要求汽车制造业在保证安全的前提下注重节能减排，目前，汽车轻量化是实现这一目标的主要途径。
为了实现汽车轻量化标准，先进高强钢(AHSS)应运而生，目前已经发展到了第三代高强钢。第一代高强钢主要有双相钢(Dual Phase，DP)、复相钢(Complex Steel，CP)和马氏体钢(Martensitic,M)等，其基本组织是BCC结构，一般能够满足强度的要求，但延伸率较低；第二代高强钢含有更高的合金成分，包括孪晶诱发塑性钢(Twinning InducedPlasticity，TWIP)等，强塑性较高，但成本较高；第三代高强钢旨在用低合金元素实现强塑性的良好匹配，其中淬火配分钢(Quenching and Partitioning，Q&P)和中锰钢(MediumMn)是典型代表。
Q&P钢由J.G.Speer教授提出，其基本原理是利用碳的配分，实现奥氏体的稳定化，从而保留至室温，利用TRIP效应增加试验钢的塑性，达到强塑性的良好匹配。Q&P钢的具体实施方式为：先将试验钢在奥氏体区或临界区保温，然后淬火至某一温度(介于Ms点和Mf点之间的温度)，得到一部分马氏体组织，然后提升至某一配分温度，实现马氏体中的碳向奥氏体中配分，最后淬火至室温。
目前，Q&P工艺在低锰TRIP钢领域得到广泛应用，但其残余奥氏体含量较少(～10％)，强度提高受到限制，因此为了获得更多的残余奥氏体，从而制备超高强度的Q&P钢，本发明将Q&P工艺应用于中锰钢领域，即通过一种中锰Q&P热处理工艺获得超高强度Q&P钢。在已公开的超高强度Q&P钢专利申请中，公开号为CN105648317A的发明专利介绍了一种高强度高塑性中锰Q&P钢冷轧退火板及其制备工艺，制备出临界区的中锰Q&P钢，碳含量为0.1～0.3wt.％，硅含量为0.8～2.0wt.％，锰含量为4.0～8.0wt.％，磷含量<0.01wt.％，硫含量<0.01wt.％，氮含量<0.01wt.％，其余为铁元素，其力学性能方面，抗拉强度900～1300MPa，延伸率24％～37％。
公开号为CN103805851A的发明专利介绍了一种超高强度低成本热轧Q&P钢及其生产方法，公开号为CN107043895A的发明专利提供了一种1500MPa级低碳中锰含铜钢的成分设计及生产方法，上述两个专利均是将Q&P工艺应用于热轧过程。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺，最终得到马氏体+残余奥氏体的双相组织。
具体技术方案如下：
基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺，按照以下工艺路线进行：
(1)完全奥氏体化：分为两段加热过程，分别为预加热阶段和最终加热阶段，先以10℃/s预加热至600℃，再以5℃/s将冷轧板最终加热至780～840℃，并保温180s～3600s，使其完全奥氏体化；
(2)初次淬火：以5℃/s冷却至80～150℃，得到一部分马氏体组织；
(3)配分：以20℃/s加热至450℃，保温300s，完成碳的配分；
(4)最终淬火：以50℃/s快速冷却至室温，得到马氏体和残余奥氏体的双相组织。
所述冷轧中锰Q&P钢的各成分质量百分比为：
C：0.2wt.％；
Mn：5.05～5.09wt.％；
Si：1.12～1.56wt.％；
Al：0.046～1.01wt.％；
S：<0.003wt.％；
P：<0.005wt.％；
余量为Fe和不可避免的杂质。
所述各相含量是跟据电子探针组织图和XRD数据得出：40％～55％的回火马氏体，13％～23％的残余奥氏体，剩余为最终淬火生成的二次马氏体。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
(1)本发明的各成分化学成分及其作用：
C：0.2wt.％，碳是奥氏体稳定化元素，同时又可以起到很强的固溶强化作用。在配分的过程中，一次马氏体中的碳元素向周围奥氏体中富集，起到稳定奥氏体的作用，使残余奥氏体的含量增加，增加试验钢的强度和塑性；由于碳含量过高会导致焊接性能变差，过少又不足以稳定足够的奥氏体，因此本发明的碳含量控制在0.2wt.％。
Mn：5.05～5.09wt.％，锰是奥氏体稳定化元素，并能够显著提高钢的淬透性，还可以起到固溶强化与细化晶粒的作用，随着锰元素含量的增加可以有效降低马氏体转变的临界转变速度，本发明中将锰元素控制在5.05～5.09wt.％之间。
Si：1.12～1.56wt.％，在碳化物的形成过程中，要排出硅元素，在渗碳体中的溶解度极低，因此可以有效抑制渗碳体的析出，从而使更多的碳元素配分至奥氏体中，稳定奥氏体；但随着硅含量的增加会使钢的表面质量变差，因此本发明将硅含量控制在1.12～1.56wt.％之间。
Al：0.046～1.01wt.％，铝元素可以用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；在本发明中，铝元素的添加作为对比成分，显著提高了试验钢的延伸性能。
其他元素跟据实际情况的需要酌情添加，或者是作为杂质元素存在。
(2)组织与性能
本发明的基本组织主要包括回火马氏体、奥氏体和二次马氏体，在电子探针组织图片中，黑色并凹陷的组织属于回火马氏体，凸出的组织为奥氏体和二次马氏体。
本发明的力学性能：屈服强度为640MPa～1422MPa，抗拉强度为1312MPa～1522MPa，延伸率为14％～23％。
(3)本发明奥氏体温度为780℃～840℃(AC3～AC3+20℃)，防止温度升高导致晶粒粗大，淬火温度在80℃～150℃，防止因淬火温度太高产生过多的二次马氏体。
附图说明
图1为本发明的热处理工艺路线图；
图2为成分1实施例1的电子探针组织图片；
图3为成分1实施例2的电子探针组织图片；
图4为成分1实施例3的电子探针组织图片；
图5为成分1实施例4的电子探针组织图片；
图6为成分1实施例5的电子探针组织图片；
图7为成分1实施例6的电子探针组织图片；
图8为成分1实施例7的电子探针组织图片；
图9为成分2实施例8的电子探针组织图片；
图10为成分2实施例9的电子探针组织图片；
图11为成分2实施例10的电子探针组织图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图和实施例所限。
首先按照设计的成分(表1)进行冶炼、连铸、热轧、中间退火和冷轧，并将冷轧板(厚度1.2mm)按照ASTM E8标准加工成拉伸试样(标距25mm)。
根据相变仪试验得到试验用钢的基本相变点参数，见表2，其中Ac1为奥氏体化开始转变温度，Ac3为完全奥氏体化温度，Ms为马氏体开始转变温度。
表1本发明冷轧中锰Q&P钢的化学成分(wt.％)
编号 C Mn Si Al O N P S
成分1 0.2 5.05 1.56 0.046 <0.002 <0.002 <0.005 <0.003
成分2 0.2 5.07 1.25 0.87 <0.002 <0.002 <0.005 <0.003
成分3 0.2 5.09 1.12 1.01 <0.002 <0.002 <0.005 <0.003
表2本发明冷轧中锰Q&P钢的基本参数(℃)
编号 Ac<sub>1</sub> Ac<sub>3</sub> M<sub>s</sub>
成分1 605 775 250
成分2 622 815 285
成分3 636 828 307
根据试验用钢的基本参数设计好具体的热处理工艺，具体实施见表3，每组试验取两个拉伸试样进行热处理，随后在5吨万能拉伸机上进行拉伸，每组试验的力学性能取两个试样的平均值作为最终的力学性能，具体如表4所示。
表3本发明的热处理工艺(升温及降温速率省略)
Figure BDA0001784319740000061
Figure BDA0001784319740000071
表4本发明实施案例的力学性能参数
Figure BDA0001784319740000072
由表4可知，本发明的实施案例具有超高的抗拉强度(>1.3GPa)和良好的延伸性(>14％)，抗拉强度最大可达1522MPa，延伸率最大可达22.7％，说明通过该工艺可以制备出超高强度Q&P钢。
由电子探针组织图可知，其组织主要包括回火马氏体、残余奥氏体和新鲜马氏体。其中残余奥氏体以两种形态存在，分别为条状和块状，并且条状残奥的尺寸更小，两种残奥具有不同的力学稳定性，可以在不同变形阶段发生TRIP效应，提高实验钢的综合力学性能。

Claims (2)

1.基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺，其特征在于，所述冷轧中锰Q&P钢的各成分质量百分比为：
C：0.2wt.％；
Mn：5.05～5.09wt.％；
Si：1.12～1.56wt.％；
Al：0.046～1.01wt.％；
S：<0.003wt.％；
P：<0.005wt.％；
余量为Fe和不可避免的杂质，奥氏体温度为780℃～840℃，高于该成分下的完全奥氏体化温度，并且温度范围为20℃以内，按照上述成分进行冶炼、连铸、热轧、中间退火和冷轧，得到冷轧中锰Q&P钢，然后进行热处理，具体工艺路线如下：
(1)完全奥氏体化：分为两段加热过程，分别为预加热阶段和最终加热阶段，先以10℃/s预加热至600℃，再以5℃/s将冷轧板最终加热至780～840℃，并保温180s～3600s，使其完全奥氏体化；
(2)初次淬火：以5℃/s冷却至80～150℃，得到一部分马氏体组织；
(3)配分：以20℃/s加热至450℃，保温300s，完成碳的配分；
(4)最终淬火：以50℃/s快速冷却至室温，得到马氏体和具有不同力学稳定性的块状和条状残余奥氏体的双相组织。
2.根据权利要求1所述的基于完全奥氏体化的超高强度冷轧中锰Q&P钢热处理工艺，其特征在于：所述各相含量是根 据电子探针组织图和XRD数据得出：40％～55％的回火马氏体，13％～23％的残余奥氏体，剩余为最终淬火生成的二次马氏体。
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