CN108998734A - 一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其快速退火制备方法 - Google Patents

一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其快速退火制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于汽车高强钢制造领域，涉及一种超高强塑性冷轧Mn‑Al系TRIP钢板及其快速退火制备方法。TRIP钢板的成分按质量百分比为：C0.18~0.22%、Si0.30~0.70%、Mn6.0~7.5%、Al2.0~3.0%、V0.08~0.12%、P≤0.005%、S≤0.005%、N≤0.006%、O≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。制备方法：1)熔炼及锻造；2)固溶处理；3)热轧；4)冷轧；5)快速提温至临界区（820~850℃），等温20~40s，随后冷却至室温（冷速大于10℃/s）。本发明的高强塑性冷轧Mn‑Al系TRIP钢板合金比例较传统高Al中锰钢相有所降低，更无Cr、Mo等贵重合金元素，工艺稳定性良好，组织均匀化，生产安全性高。

Description

一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其快速退火制备 方法
技术领域
本发明属于汽车高强钢制造领域，涉及一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其快速退火制备方法，其所涉钢板为屈服强度700～840MPa，抗拉强度1000～1350MPa，断后延伸率30～35％以上，强塑积大于30GPa％的冷轧Mn-Al系TRIP钢。
背景技术
“绿色化、智能化”是钢铁发展的大势所趋，在紧密结合民用生活的汽车材料制造业更是重中之重，秉着节能、安全的生产理念，“高强、减薄”是汽车材料研发的关键。美国科学家Krupitzer和Heimbuch率先提出第三代汽车钢的概念，汽车/钢铁联盟在DOE和NSF的支持下于2007年10月启动为期三年的强塑积与成本介于第一代汽车钢与第二代汽车钢的第三代汽车钢的研发工作。在同一时期，中国与韩国等也相继启动提高强塑积的高强高塑钢的研发工作。到目前为止，各国开发第三代汽车钢的技术思路仍然在积极探索之中。而在众多第三代汽车用钢研究中，中锰钢(Mn-TRIP钢)因其不添加或少量添加贵重合金元素的低成本优势及相对较好的综合力学性能获得广泛的关注。在Mn-TRIP钢基础上DeCooman教授等诸多学者逐渐提出“以Al代Si”的中锰钢研究方向，同样能够抑制碳化物的Al添加能够提高全奥氏体化温度，扩大临界区的工艺窗口，同时还能解决Si含量过高带来的产品质量问题，Mn-Al系中锰TRIP钢的概念就此提出。
中国专利(公开号CN104651734A)1000MPa级高强度高塑性含铝中锰钢及其制备方法，该冷轧钢板各组分重量百分比为：C：0.05～0.20％，Mn：7.0～11.0％，Al：1.50～3.50％，Si:0.20～0.40，Cr:0.02～0.60％，Cu≤0.50，Mo≤0.40，Nb≤0.10，N≤0.01，余量为Fe及不可避免的杂质。该冷轧钢板大量添入Cu、Cr、Mo等微合金元素，大大提高中锰钢的合金成本；在热处理工艺的选取上，上述方法采用罩式退火及连续退火工艺，无明显的节约成本型改进。
中国专利(公开号CN103695765A)一种高强度高塑性冷轧中锰钢及其制备方法，该冷轧钢板各组分重量百分比为：C：0.15～0.20％，Mn：8.0～11.0％，Al：3.0～4.0％，Nb：0～0.04％余量为Fe及不可避免的杂质。该冷轧钢强度可达1000MPa，断后延伸率60％以上，表现良好的力学性能。但是，该冷轧钢板强塑性能的提高主要集中在塑性方面，较高的C、Mn含量比例没能进一步的提高强度，迎合“高强、减薄”的汽车钢发展理念。同时所选工艺亦是传统中锰钢的生产方法，无明显成本节约及创新。
本发明在国家自然科学基金项目(51674080)资助下完成。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其快速退火制备方法，在合金设计上降低合金比，结合快速提温及两相区退火工艺，生产出屈服强度700～840MPa，抗拉强度1000～1300MPa，断后延伸率30～35％以上，强塑积大于35GPa％冷轧Mn-Al系TRIP钢。
本发明的技术方案是：
一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，TRIP钢板的成分按质量百分比为：C0.18～0.22％、Si0.30～0.70％、Mn6.0～7.5％、Al2.0～3.0％、V0.08～0.12％、P≤0.005％、S≤0.005％、N≤0.006％、O≤0.003％，其余为Fe。
所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，TRIP钢板的屈服强度700～840MPa，抗拉强度1000～1350MPa，断后延伸率30～35％，强塑积大于35GPa％。
所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的快速退火制备方法，按以下步骤进行：
1)根据化学成分进行熔炼，铸造成板坯，其纵截面尺寸为100×100mm；
2)将板坯进行组织均匀化处理，加热至1170～1230℃，等温2～2.5h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1080～1160℃，终轧温度900～950℃，每道次压下率为30％，累积压下率≥95％，热轧后待温至680～740℃进行卷取；
4)中间退火：退火温度为720～780℃，退火时间为0.5～2h；
5)冷轧：每道次压下量0.1～0.2mm，累积总压下率为75～90％，得到厚度为0.5～1.2mm的冷轧钢板；
6)两相区退火：将冷轧钢板，提温加热至820～850℃，等温时间为20～40s，随后冷却至室温。
所述的步骤1)中，熔炼温度为1550～1600℃。
所述的步骤4)中，中间退火采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火。
所述的步骤6)中，采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板快速提温，加热速率为100～400℃/s。
所述的步骤6)中，冷却至室温速度大于10℃/s。
本发明的技术思路是：通过对钢板进行冷轧、快速提温及两相区退火处理，将冷轧后组织中保留的高密度位错保留至两相区退火过程，两相区退火过程中铁素体快速进行再结晶，细化晶粒，同时逆转变奥氏体在铁素体的晶界上快速逆相变形核；较高的两相区退火温度大幅度提高Mn元素的扩散系数，提高扩散激活能，促进C、Mn元素快速富集在形核的奥氏体晶粒中，提高其稳定性。细小稳定的逆转奥氏体在后续的变形过程中具有较好的相稳定性，发生连续有效的TRIP效应，保证钢板的高强高塑性。
与现有技术相比，本发明的一种高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其制备方法，其优点及有益效果为：
(1)本发明的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板合金比例较传统高Al中锰钢相有所降低，更无Cr、Mo等贵重合金元素，工艺稳定性良好，组织均匀化，生产安全性高。
(2)本发明冷轧、快速提温及两相区退火处理处理后，将更多冷轧后产生的位错保留至两相区退火过程，促进粗大先共析铁素体(或δ铁素体)的再结晶行为，同时提供更多逆转奥氏体的形核位置，获得双峰铁素体+逆转奥氏体组织。
(3)本发明快速提温及高温退火工艺提高两相区退火温度，促进C、Mn元素的富集，增强逆转奥氏体的相稳定性，为后续变形过程中提高实验钢的加工硬化行为，增强增塑提供组织基础。
附图说明
图1：本发明实施例1的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其制备方法中轧制及临界区退火工艺示意图；
图2：本发明实施例1制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板SEM形貌；
图3：本发明实施例1制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板TEM精细形貌，其中：(a)明场；(b)暗场；(c)奥氏体衍射斑；
图4：本发明实施例1制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的应力应变曲线；其中，横坐标Engineering strain代表工程应变；纵坐标Engineering stress代表工程应力(MPa)。
具体实施方式
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，成分按质量百分比为C：0.18％，Si：0.7％，Mn：7.5％，Al：2.0％，V：0.1％，P：0.004％，S：0.003％，N：0.004％，O：0.002％，余量为Fe；钢板厚度为1.0mm。
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)按高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的成分配比，在温度为1550℃进行熔炼，后锻造获得纵截面尺寸为100mm×100mm的板坯；
2)将板坯进行组织均匀化处理，加热至1230℃，等温2h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1160℃，终轧温度900℃，每道次压下率为30％，累积压下率95％，热轧后待温至680℃进行卷取；
4)采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火，退火温度为720℃，退火时间为2h；
5)将热轧板酸洗钢板进行冷轧，每道次压下量0.15mm，累积总压下率为80％，得到厚度为1mm的冷轧钢板；
6)采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板以400℃/s的速率加热至850℃，等温时间为20s，进行奥氏体逆相变退火，随后以15℃/s的速率冷却至室温。
本实施例制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，屈服强度为820MPa，抗拉强度为1340MPa，断后延伸率及强塑积分别为32％和42.88GPa％。
如图1所示，本发明实施例1的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板及其制备方法中轧制及临界区退火工艺示意图，可以看出，首先将钢板升温至奥氏体化温度，使元素充分固溶，随后经热轧、卷取得到热轧钢板，随后经酸洗、冷轧得到冷轧薄板，随后将钢板以200～400℃/s的加热速率升至临界区进行退火。
如图2所示，本发明实施例1制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板SEM形貌，可以看出，钢板组织由粗大的δ铁素体、等轴相间的逆转奥氏体及临界区铁素体组成。
如图3所示，本发明实施例1制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板TEM精细形貌，可以看出，快速加热条件下细小的逆转奥氏体晶粒尺寸约300nm，较小的晶粒尺寸提供较高的相稳定性。
如图4所示，本发明实施例1制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的应力应变曲线，可以看出，快速加热下抗拉强度明显提升，钢板具备较高的强塑匹配。
实施例2
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，成分按质量百分比为C：0.22％，Si：0.3％，Mn：6.0％，Al：3.0％，V：0.08％，P：0.004％，S：0.003％，N：0.005％，O：0.0015％，余量为Fe；钢板厚度为1.2mm。
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的成分配比，在温度为1600℃进行熔炼，后锻造获得纵截面尺寸为100mm×100mm的板坯；
2将板坯进行组织均匀化处理，加热至1180℃，等温2.5h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1080℃，终轧温度950℃，每道次压下率为30％，累积压下率95％，热轧后待温至740℃进行卷取；
4)采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火，退火温度为720℃，退火时间为1h；
5)将热轧板酸洗钢板进行冷轧，每道次压下量0.15mm，累积总压下率为75％，得到厚度为1.2mm的冷轧钢板；
6)采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板以200℃/s的速率加热至820℃，等温时间为40s，进行奥氏体逆相变退火，随后以15℃/s的速率冷却至室温。
本实施例制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，屈服强度为721MPa，抗拉强度为1080MPa，断后延伸率及强塑积分别为30.6％和35.05GPa％。
实施例3
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，成分按质量百分比为C：0.22％，Si：0.3％，Mn：6.0％，Al：3.0％，V：0.08％，P：0.004％，S：0.003％，N：0.004％，O：0.002％，余量为Fe；钢板厚度为0.5mm。
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)按高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的成分配比，在温度为1600℃进行熔炼，后锻造获得纵截面尺寸为100mm×100mm的板坯；
2)将板坯进行组织均匀化处理，加热至1180℃，等温2h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1110℃，终轧温度930℃，每道次压下率为30％，累积压下率95％，热轧后待温至740℃进行卷取；
4)采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火，退火温度为780℃，退火时间为1.5h；
5)将热轧酸洗钢板进行冷轧，每道次压下量0.15mm，累积总压下率为90％，得到厚度为0.5mm的冷轧钢板；
6)采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板以300℃/s的速率加热至830℃，等温时间为30s，进行奥氏体逆相变退火，随后以15℃/s的速率冷却至室温。
本实施例制得的强高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，屈服强度为715MPa，抗拉强度为1009MPa，断后延伸率及强塑积分别为33.5％和37.80GPa％。
实施例4
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，成分按质量百分比为C：0.22％，Si：0.3％，Mn：6.0％，Al：3.0％，V：0.08％，P：0.004％，S：0.003％，N：0.002％，O：0.0025％，余量为Fe；钢板厚度为1.2mm。
本实施例的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)按高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的成分配比，在温度为1600℃进行熔炼，后锻造获得纵截面尺寸为100mm×100mm的板坯；
2)将板坯进行组织均匀化处理，加热至1200℃，等温2.5h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1080℃，终轧温度950℃，每道次压下率为30％，累积压下率95％，热轧后待温至740℃进行卷取；
4)采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火，退火温度为720℃，退火时间为1h；
5)将热轧板酸洗钢板进行冷轧，每道次压下量0.15mm，累积总压下率为75％，得到厚度为1.2mm的冷轧钢板；
6)采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板以100℃/s的速率加热至820℃，等温时间为40s，进行奥氏体逆相变退火，随后以15℃/s的速率冷却至室温。
本实施例制得的高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，屈服强度为744MPa，抗拉强度为1100MPa，断后延伸率及强塑积分别为31.2％和36.32GPa％。
实施例5(对比例，步骤5升温阶段加热速率为10℃/s)
对比例冷轧Mn-Al系TRIP钢板，成分按质量百分比为C：0.18％，Si：0.5％，Mn：6.5％，Al：2.8％，V：0.1％，P：0.004％，S：0.003％，N：0.004％，O：0.002％，余量为Fe；钢板厚度为1.0mm。
对比例的冷轧Mn-Al系TRIP钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)按本实施例的冷轧Mn-Al系TRIP钢板的成分配比，在温度为1580℃进行熔炼，后锻造获得纵截面尺寸为100mm×100mm的板坯；
2)将板坯进行组织均匀化处理，加热至1200℃，等温2h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1150℃，终轧温度900℃，每道次压下率为30％，累积压下率95％，热轧后待温至700℃进行卷取；
4)采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火，退火温度为750℃，退火时间为1h；
5)将热轧板酸洗钢板进行冷轧，每道次压下量0.15mm，累积总压下率为80％，得到厚度为1mm的冷轧钢板；
6)采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板以10℃/s的速率加热至740℃，等温时间为300s，进行奥氏体逆相变退火，随后以40℃/s的速率冷却至室温。
对比例的冷轧Mn-Al系TRIP钢板，屈服强度为650MPa，抗拉强度为840MPa，断后延伸率及强塑积分别为32％和26.88GPa％。

Claims (7)

1.一种超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，其特征在于，TRIP钢板的成分按质量百分比为：C0.18～0.22％、Si0.30～0.70％、Mn6.0～7.5％、Al2.0～3.0％、V0.08～0.12％、P≤0.005％、S≤0.005％、N≤0.006％、O≤0.003％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板，其特征在于，TRIP钢板的屈服强度700～840MPa，抗拉强度1000～1350MPa，断后延伸率30～35％，强塑积大于35GPa％。
3.一种权利要求1所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的快速退火制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
1)根据化学成分进行熔炼，铸造成板坯，其纵截面尺寸为100×100mm；
2)将板坯进行组织均匀化处理，加热至1170～1230℃，等温2～2.5h；
3)将板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1080～1160℃，终轧温度900～950℃，每道次压下率为30％，累积压下率≥95％，热轧后待温至680～740℃进行卷取；
4)中间退火：退火温度为720～780℃，退火时间为0.5～2h；
5)冷轧：每道次压下量0.1～0.2mm，累积总压下率为75～90％，得到厚度为0.5～1.2mm的冷轧钢板；
6)两相区退火：将冷轧钢板，提温加热至820～850℃，等温时间为20～40s，随后冷却至室温。
4.根据权利要求3所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的快速退火制备方法，其特征在于，所述的步骤1)中，熔炼温度为1550～1600℃。
5.根据权利要求3所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的快速退火制备方法，其特征在于，所述的步骤4)中，中间退火采用电阻式加热炉对热轧卷取钢板进行两相区退火。
6.根据权利要求3所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的快速退火制备方法，其特征在于，所述的步骤6)中，采用电阻式连续退火炉将冷轧钢板快速提温，加热速率为100～400℃/s。
7.根据权利要求3所述的超高强塑性冷轧Mn-Al系TRIP钢板的快速退火制备方法，其特征在于，所述的步骤6)中，冷却至室温速度大于10℃/s。
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