CN109706406A

CN109706406A - 一种含氮的热轧中锰trip钢及其制备方法

Info

Publication number: CN109706406A
Application number: CN201910187167.6A
Authority: CN
Inventors: 张喜亮; 刘涛; 周骞; 赵雷杰; 吕征; 刘宏基; 崔好选
Original assignee: Hebei University of Engineering
Current assignee: Hebei University of Engineering
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明公开了一种含氮的热轧中锰TRIP钢，按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:7～9％、Al:1.5％、N：0.05～0.10％、Cr：0.4～1.6、P<0.008％、S<0.008％，余量为Fe。制备方法包括：冶炼与锻造、热轧、两相区退火和低温回火。本发明的优点在于：1.含氮热轧中锰TRIP钢抗拉强度可达到1300MPa，强塑积达到60GP·％，其强度远超第二代汽车用TWIP级别，强塑积达到了其同等水平；2.成分简单，其中C和Al含量较低，钢板的焊接性能优异，且由于Al含量较低，有效避免了浇注过程中容易堵塞水口，不利于连铸生产等问题；3.生产工艺简单，热轧后在两相区退火及低温回火即可获得高强高塑性能，容易在工业生产中实现。

Description

一种含氮的热轧中锰TRIP钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及先进高强钢生产技术领域，特别涉及一种含氮的热轧中锰TRIP钢及其制备方法。

背景技术

近年来，为顺应汽车工业节能减排的发展需求，全球汽车的生产始终定位在轻量化和安全性，以达到减轻自重、降低材料和能源消耗、减少废弃排放，提高安全碰撞性这一目标。中锰TRIP钢作为第三代汽车钢板的典型代表之一具有优良综合性能，即高强度与高塑性成为国内外学术界与汽车业界关注焦点。然而，与第二代汽车用TWIP钢板相比，虽然中锰TRIP钢的合金成分大幅下调，其成本及生产工艺远优于TWIP钢，但根据文献调研可知，目前中锰TRIP钢的强塑积(抗拉强度与总延伸率乘积)仍与第二代汽车用TWIP钢板有较大差距(TWIP钢强塑积：50-70GPa·％)，随着汽车轻量化进程加快，研发成本较低生产工艺简单的超高强度(强度在1000MPa以上)且兼具优异塑性的中锰TRIP钢板已成为当今国内外汽车制造企业最重要的公关课题之一。

为了使中锰TRIP钢的强塑积进一步提高，国内外学者开展了有益的探索研究，如中国专利文献中申请号为201610592858.0的发明专利公开了0.3-0.5wt％C+8-12wt％Mn+1.8-3.5wt％Al+0.25-0.7wt％V成分体系的中锰钢经热轧、退火、酸洗、冷轧及连续退火工艺可以使其强塑积达到35-65GPa·％级别。申请号为201811049467.X的发明专利公开了一种0.35wt％C+4.5-5.5wt％Mn+3.2wt％Al中锰钢经熔炼、锻造、热轧、冷轧和两相区退火+低温回火处理后，其抗拉强度达到1118MPa，总伸长率达到67％。申请号为201610455155.3的发明专利公开了0.25-0.35wt％C+7.0-9.5wt％Mn+2-2.9wt％Al的中锰钢通过热轧+退火+酸洗后冷轧+两相区退火，其最终的抗拉强度达到900-1300MPa，延伸率为50-80％，强塑积可以提高到60GPa·％以上。此外，蔡志辉研发11％Mn-0.18％C-4％Al以及S.S.Sohn研发8.5％Mn-0.3％C-5.6％Al等中锰钢强塑积可达到55GP·％级别。综上所述，目前现有技术主要通过增加基体中C与Al含量并且配合一定的热处理工艺来提高中锰TRIP钢的强度与塑性，其中，C作为奥氏体形成元素，增加C的含量不仅可提高钢板强度，而且可提高钢中奥氏体稳定性，进而增加钢板形变过程中的TRIP效应，使钢板获得高强高塑性。Al元素在中锰钢中主要作用是抑制热处理过程渗碳体的析出以及提高奥氏体化温度，此外，中锰TRIP钢中Al含量超过一定值后在基体中将形成δ铁素体，其具有优异的塑性，可较大程度提高钢板整体塑性。因此，在钢中增加C与Al含量成为当前提高中锰TRIP钢强塑积的重要手段。

由上述现有技术可见，增加钢中C和Al含量可以使中锰TRIP钢的强塑积大幅提高。然而，钢中添加较高C将给钢板焊接性能带来不利影响，使钢板焊接性能恶化。较高的Al含量不仅使成本提高，而且中锰钢在浇注过程中容易堵塞水口，不利于连铸生产。上述因素限制了此钢种的应用推广。

缩略语和关键术语定义

TRIP钢：相变诱发塑性钢；

TWIP钢：孪晶诱发塑性钢；

IF钢：无间隙原子钢；

DP钢：双相钢；

EBSD：电子背散射衍射；

XRD：X射线衍射；

TEM：透射电镜。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种含氮的热轧中锰TRIP钢及其制备方法，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种含氮的热轧中锰TRIP钢，按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:7～9％、Al:1.5％、N：0.05～0.10％、Cr：0.4～1.6、P<0.008％、S<0.008％，余量为Fe。

作为优选，C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.1％、Cr：0.8、P<0.008％、S<0.008％、余量为Fe。

作为优选，C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.05％、Cr：0.4、P<0.008％、S<0.008％、余量为Fe。

本发明还公开了上述TRIP钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，冶炼与锻造：根据合金成分真空熔炼制成钢锭(N的加入是通过氮化铬合金形式实现)，去掉冒口并车掉氧化皮。钢锭在1200℃保温2h后进行锻造，终锻温度不低于900℃，随后空冷至室温，最终锻成板坯试样，板坯厚度30～50mm。

步骤2，热轧：将锻坯加热1200℃保温2h后进行多道次轧制厚度至4～5mm，终轧温度不低于850℃。

步骤3，两相区退火：将热轧钢板在630-680℃退火1h后空冷至室温。

步骤4，低温回火：将热轧态钢板在220℃退火20min后空冷至室温。

作为优选，步骤2中轧制厚度至4mm；步骤3中退火温度为660℃。

作为优选，步骤2中轧制厚度至5mm；步骤3中退火温度为660℃。

与现有技术相比本发明的优点在于：

1.含氮热轧中锰TRIP钢抗拉强度可达到1300MPa，强塑积达到60GP·％级别，其强度远超第二代汽车用TWIP级别，强塑积达到了其同等水平；

2.成分简单，其中C和Al含量较低，钢板的焊接性能优异，且由于Al含量较低，有效避免了浇注过程中容易堵塞水口，不利于连铸生产等问题；

3.生产工艺简单，热轧后在两相区短时间退火+低温回火即可获得高强高塑性能，容易在工业生产中实现。

附图说明

图1为本发明实施例1的TRIP钢力学性能曲线图；

图2为本发明实施例1的TRIP钢SEM微观组织形貌图；

图3为本发明实施例1的TRIP钢奥氏体含量XRD检测结果图；

图4为本发明实施例1的TRIP钢微观TEM形貌图；

图4a为微观组织形貌明场像；图4b为图4a中奥氏体暗场像。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种含氮的热轧中锰TRIP钢，按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.1％、Cr：0.8、P<0.008％、S<0.008％、余量为Fe。

TRIP钢制备方法，包括以下步骤：

步骤1，冶炼与锻造：根据合金成分真空熔炼制成钢锭(N的加入是通过氮化铬合金形式实现)，去掉冒口并车掉氧化皮。钢锭在1200℃保温2h后进行锻造，终锻温度不低于900℃，随后空冷至室温，最终锻成板坯试样，板坯厚度30mm。

步骤2，热轧：将锻坯加热1200℃保温2h后进行多道次轧制厚度至4mm，终轧温度不低于850℃。

步骤3，两相区退火：将热轧钢板在660℃退火1h后空冷至室温。

实施例2

一种含氮的热轧中锰TRIP钢，按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.05％、Cr：0.4、P<0.008％、S<0.008％，余量为Fe。

TRIP钢制备方法，包括以下步骤：

步骤2，热轧：将锻坯加热1200℃保温2h后进行多道次轧制厚度至5mm，终轧温度不低于850℃。

实施例3

一种含氮的热轧中锰TRIP钢，按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.2％、Cr：1.6、P<0.008％、S<0.008％，余量为Fe。

TRIP钢制备方法，包括以下步骤：

步骤3，两相区退火：将热轧钢板在630℃退火1h后空冷至室温。

实施例4

作为对比例，一种不含氮的热轧中锰TRIP钢，按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、P<0.008％、S<0.008％，余量为Fe。

步骤1，冶炼与锻造：根据合金成分真空熔炼制成钢锭，去掉冒口并车掉氧化皮。钢锭在1200℃保温2h后进行锻造，终锻温度不低于900℃，随后空冷至室温，最终锻成板坯试样，板坯厚度30mm。

表1为实施例1至4所述的TRIP钢经轧制、退火与回火后力学性能；

表1

由表1可以看出，实施例1至4所得的TRIP钢抗拉强度均超过1300MPa,其中实施例1的钢板性能最好，强度为1351MPa，总延伸率为45％，屈服强度也是四种钢板中最高的819MPa，其强塑积已达到60GPa·％级别；实施例2的钢性能次之，但仍获得高强高塑性能(强塑积为46.5GPa·％)；实施例3的钢板性能最差，与未添加N的实施例4的钢板相比，其强度较高但塑性不足。说明中锰TRIP钢中添加过量的N虽然可提高钢板强度，但对塑性不利。因此，对于本发明中锰TRIP钢的成分范围内，N的含量在0.05-0.1％间可以获得高强高塑性的良好匹配。图1为实施例1得到的钢力学性能曲线，图2为实施例1得到的钢SEM微观组织形貌，图3为实施例1得到的钢奥氏体含量XRD检测结果，经测试其奥氏体含量为36.8％，图4为实施例1得到的钢微观TEM形貌(奥氏体明场与暗场)。目前关于添加氮元素中锰TRIP钢未见诸报道，可以为第三代汽车钢板研发与应用提供借鉴。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种含氮的热轧中锰TRIP钢，其特征在于：按重量百分比，化学成分为：C：0.18％、Mn:7～9％、Al:1.5％、N：0.05～0.10％、Cr：0.4～1.6、P<0.008％、S<0.008％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种含氮的热轧中锰TRIP钢，其特征在于：C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.1％、Cr：0.8、P<0.008％、S<0.008％、余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种含氮的热轧中锰TRIP钢，其特征在于：C：0.18％、Mn:8％、Al:1.5％、N：0.05％、Cr：0.4、P<0.008％、S<0.008％、余量为Fe。

4.根据权利要求1至3所述的一种含氮的热轧中锰TRIP钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，冶炼与锻造：根据合金成分真空熔炼制成钢锭，去掉冒口并车掉氧化皮；钢锭在1200℃保温2h后进行锻造，终锻温度不低于900℃，随后空冷至室温，最终锻成板坯试样，板坯厚度30～50mm；

步骤2，热轧：将锻坯加热1200℃保温2h后进行多道次轧制厚度至4～5mm，终轧温度不低于850℃；

步骤3，两相区退火：将热轧钢板在630-680℃退火1h后空冷至室温；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤2中轧制厚度至4mm；步骤3中退火温度为660℃。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤2中轧制厚度至5mm；步骤3中退火温度为660℃。

7.根据权利要求4至6所述的方法，其特征在于：所述步骤1根据合金成分真空熔炼制成钢锭中N的加入是通过氮化铬合金形式实现。