CN109321719B - 一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于逆转变的800 MPa级低碳锰硅钢制备方法，该方法先将材料以将材料以一定速率加热到AC1之上奥氏体单相区某一温度并保温一段时间，随后将材料水淬至室温；之后将材料以一定速率加热到AC3和AC1（双相区）之间某一温度并保温一段时间后将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行淬火保温一段时间，最后将材料水淬至室温。本发明采用逆转变工艺，极大地简化了热处理工艺的同时实现了对碳、锰元素的高效利用，大幅增强了残余奥氏体的稳定性，极大的改善了低碳‑锰‑硅钢的综合力学性能。在同等汽车安全性能要求下可以极大地减轻车身的重量，降低生产成本及能源消耗。

Description

一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属热处理的方法，特别涉及一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法。
背景技术
随着中国经济社会持续快速发展，机动车保有量继续保持快速增长态势，公安部数据显示，2017年，我国全国汽车保有量达2.17亿辆，与2016年相比，全年增加2304万辆，增长11.85%。近年来汽车能源消耗与安全问题收到社会各界紧密关注。相关试验表明，汽车的质量减轻10%时，油耗可下降6%~8%，与此同时排放量下降4%。
21世纪初，美国柯州矿院的J. G Speer等人通过残余奥氏体的TRIP(Transformation Induce Plasticity，相变诱导塑性)效应机理的分析，结合钢中碳扩散行为，提出了Q&P ( Quenching and Partitioning，淬火配分)热处理工艺。Q&P热处理工艺通过控制碳从马氏体向奥氏体中的扩散，获得了一种具有TRIP效应、高塑性与高强度配合的双相钢，为增强汽车安全系数与减轻汽车重量齐头并进提供了新的思路。
国际上目前主要对C-Mn-Si和C-Mn-Si-Al两种成分的原始钢采用了Q&P工艺处理，得到了马氏体和富碳残余奥氏体组织的钢。但是，在使用过程中，现行的处理工艺及钢材也暴露出了一系列的问题：（1）加入了大量合金元素，导致冶炼成本高昂；（2）大量合金元素使加工难度急剧上升；（3）部分高强钢强塑积较低，无法满足强度塑性并行的需求；（4）热处理工艺复杂，生产成本提高；（5）焊接性能相对较差。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法，该方法由一种基于逆转变的新工艺处理低碳的碳-锰-硅钢，可大幅提高原始钢材的综合力学性能，减少工艺步骤，具有成本低，生产效率高的特点。
为了实现上述目的，本发明采取的的技术方案为：
基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法，其步骤如下：
（1）一次碳锰综合配分：将材料以一定速率加热到AC1之上奥氏体单相区某一温度并保温一段时间；
（2）一次淬火：将材料水淬至室温；
（3）逆转变锰配分：将材料以一定速率加热到AC3和AC1（双相区）之间某一温度并保温一段时间；
（4）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行淬火保温一段时间；
（5）二次淬火:将材料水淬至室温。
所述的一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法的步骤(1)中AC3和AC1由经验公式1-1、1-2计算并将统计误差考虑在内
Ac1(℃)=723-10.7Mn-16.9Ni+29.1Si+16.9Cr+290As+6.38W （1-1）
Ac3(℃)=910-203sqr(C)+44.7Si-15.2Ni+31.5Mo+104V+13.1W （1-2）。
所述的一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法的步骤(2)中淬火至室温的温度由公式确定。式中VM为马氏体体积分数;a为常数,取决于材料的成分,对于碳含量1.1%以下的碳钢,a=-0.011;Ms为马氏体相变开始温度QT为冷却到达温度。淬火之前先确定理论上要得到的马氏体含量,再利用上述公式计算出淬火温度QT。
所述的一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法的步骤(3)中保温时间应保证锰元素充分进入逆转变形成的奥氏体中。
本发明采用逆转变，极大地简化了热处理工艺的同时实现了对碳、锰元素的高效利用，大幅度提升了残余奥氏体的稳定性，极大的改善了低碳-锰-硅钢的综合力学性能。在同等汽车安全要求下可以极大地减轻汽车车身的重量，降低生产成本及能源消耗，节能减排。
附图说明
图1是本发明热处理工艺流程图。
图2是本发明的实施例1的金相组织照片。
图3是本发明的实施例1的力学性能测试结果图。
图4是本发明的实施例2的金相组织照片。
图5是本发明的实施例2的力学性能测试结果图。
图6是本发明的实施例3的金相组织照片。
图7是本发明的实施例3的力学性能测试结果图。
图中，1、单相区碳锰综合配分，2、一次淬火，3、双相区锰配分，4、碳配分，5、二次淬火，6、AC3线代表加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度，7、AC1线代表加热时珠光体转变为奥氏体的温度，8、MS线表示马氏转变开始温度，9、Mf线表示马氏体转变终了温度。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例详细说明具体实施方式，如附图1-7所示；
本发明实施例中的金相试样在光学显微镜下拍摄而获得微观组织照片;拉伸试样按照ASTME8标准制得,并利用WDW-100E型电子万能试验机在室温下以2mm/min的拉伸速率进行拉伸测试,经测试并计算获得各试样的抗拉强度、断后伸长率和强塑积。
实施例1
实际生产中采用的材料为0.11C-1.16Si-1.50Mn,其工艺过程包含如下步骤:
（1）一次碳锰综合配分：将工件以10 ℃/min加热到AC1之上奥氏体单相区930 ℃并保温5 min；
（2）一次淬火：将材料水淬至室温；
（3）逆转变锰配分：将材料以10 ℃/min加热到820 ℃并保温5 min；
（4）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到260 ℃盐浴炉进行淬火保温10 s；
（5）二次淬火:将材料水淬至室温。
图2为金相组织图片，可判断处理后组织由马氏体、粒状铁素体和残余奥氏体组成。力学性能测试结果图如图3所示，断后伸长率达到22.20 %，抗拉强度816.28 MPa，强塑积18.12 GPa%。
实施例2
实际生产中采用的材料为0.11C-1.16Si-1.50Mn,其工艺过程包含如下步骤:
（1）一次碳锰综合配分：将工件以10 ℃/min加热到AC1之上奥氏体单相区930 ℃并保温5 min；
（2）一次淬火：将材料水淬至室温；
（3）逆转变锰配分：将材料以10 ℃/min加热到820 ℃并保温5 min；
（4）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到260 ℃盐浴炉进行淬火保温20 s；
（5）二次淬火:将材料水淬至室温。
图4为金相组织图片，可判断处理后组织由马氏体、粒状铁素体和残余奥氏体组成。力学性能测试结果图如图5所示，断后伸长率达到23.88 %，抗拉强度813.21 MPa，强塑积19.42 GPa%。
实施例3
实际生产中采用的材料为0.11C-1.16Si-1.50Mn,其工艺过程包含如下步骤:
（1）一次碳锰综合配分：将工件以10 ℃/min加热到AC1之上奥氏体单相区930 ℃并保温5 min；
（2）一次淬火：将材料水淬至室温；
（3）逆转变锰配分：将材料以10 ℃/min加热到860 ℃并保温5 min；
（4）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到260 ℃盐浴炉进行淬火保温20 s；
（5）二次淬火:将材料水淬至室温。
对比图2和图6，保温820 ℃时的粒状铁素体在经过锰配分保温到860 ℃后变成块状铁素体，并且马氏体板条间出现了新的铁素体晶粒。力学性能测试结果如图7所示，经检测断后伸长率达到21.34%，抗拉强度略有下降为785.73 MPa，强塑积16.77 GPa%。

Claims (3)

1.一种基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法，其特征是：按以下步骤实现：
（1）一次碳锰综合配分：将材料以一定速率加热到AC3之上奥氏体单相区某一温度并保温一段时间；所述材料为0.11C-1.16Si-1.50Mn；
（2）一次淬火：将材料水淬至室温；
（3）逆转变锰配分：将材料以一定速率加热到AC3和AC1之间某一温度并保温一段时间；
（4）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行淬火保温一段时间；
（5）二次淬火：将材料水淬至室温；
步骤（1）中，所述加热速率为5~15℃/min，综合配分温度为890~950℃，保温时间为3min~20min；
步骤（3）中，加热速率为5~15℃/min，锰配分温度为780~850℃，保温时间为3min~15min。
2.根据权利要求1所述的基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法，其特征是：所述的将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行淬火保温一段时间，材料第一次淬火保温温度为230~280℃；淬火保温时间为10s~150s。
3.根据权利要求1所述的基于逆转变的800MPa级低碳锰硅钢制备方法，其特征是：所述的将材料水淬至室温，其冷却速率及所用冷却介质由具体材料的马氏体临界冷却速率所决定。
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