CN109825690A - 一种基于d-q-p工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法 - Google Patents

一种基于d-q-p工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法 Download PDF

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景财年
丁啸云
邢兆贺
候玉栋
吕明桦
涂英明
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Abstract

本发明涉及一种基于D‑Q‑P工艺提升碳‑锰‑硅钢综合力学性能的方法，该方法先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进行双相区锰配分；然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进行盐浴炉碳配分过程；最后将材料水淬至室温。本发明采用D‑Q‑P工艺，极大地简化了热处理工艺的同时实现了对碳元素和锰元素的高效利用，大幅度提升了残余奥氏体的稳定性，极大的改善了碳‑锰‑硅钢的综合力学性能。在同等汽车安全强塑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，有利于加强环保建设。

Description

一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法
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D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法。
背景技术
随着科技的不断进步和经济的不断发展，人们对于汽车的需求量也不断上升，国家统计局数据显示，2016年，我国私人汽车保有量达到18574.54万辆。随之而来的汽车能源消耗与安全问题被社会各界紧密关注。同时，相关试验表明，汽车的质量每减轻10%，油耗可下降6%~8%，同时排放量下降4%。
目前,世界各大钢企大量生产和应用的钢材主要集中在碳素结构钢、低合金高强度钢和合金结构钢,这三类钢的产量约占钢材总产量的 70%左右,但其强度级别并不高。例如,常用的碳素结构钢Q235和 的屈服强度为235 MPa,抗拉强度为400 MPa,而低合金高强度钢Q345 的屈服强度为345 MPa,抗拉强度为500 MPa级,合金结构钢的抗拉强度水平则大多为 800~1000MPa级。而一般来讲,先进高强度钢的室温抗拉强度均大于 1000 MPa,同时具有良好的塑性与韧性。
目前比较先进的先进高强度钢,也称为高级高强度钢,是上个世纪 70 年代逐渐发展起来的新型钢种。其强化手段与传统高强度钢有明显不同,传统高强度钢主要强化手段有：（1）固溶强化；（2）相变强化；（3）弥散强化；（4）细晶强化等。而先进高强度钢则在传统强化手段的基础上充分发挥了相变强化的作用,同时配合以适当的热处理工艺手段,获得含有马氏体、贝氏体、铁素体和残余奥氏体的两相或更多相的复相组织,使得各相组织充分发挥自身特点,而各自的缺点或不足则由于其它相的存在而被削弱或消除,从而达到提高钢材综合性能的目的。近年研究开发的具有代表性的先进高强钢包括马氏体(M)钢、双相(DP)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢、无碳化物贝氏体/马氏体复相(CFB/M)钢,孪晶诱发塑性(TWIP)钢及纳米贝氏体(B)钢等。这些先进高强钢主要问题是：（1）大量合金元素的加入，成本高昂；（2）大量合金元素的加入，也大大提高了加工难度；（3）部分高强钢只注重了强度或者塑性，强塑积较低，无法满足现代汽车的需求；（4）热处理工艺复杂，生产技术要求较高；（5）部分高强钢焊接性能相对较差。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法，该方法由（双相区-淬火-配分）D-Q-P工艺处理碳-锰-硅钢，可大幅提高综合力学性能，减少工艺步骤节约能源，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D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法，其步骤如下：
（1）双相区锰配分：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；
（2）一次淬火：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行第一次淬火；
（3）盐浴炉碳配分过程：将材料在MS与Mf之间某一温度进行保温一段时间；
（4）二次淬火:将材料水淬至室温。
所述的一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法的步骤(1)中AC3和AC1由经验公式计算并将统计误差考虑在内
所述的一种基于D-Q-P提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法的步骤(1)中保温一段时间可参考图2双相区Mn配分理论模型,1~10 min。
所述的一种基于D-Q-P提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法的步骤(2)中淬火至MS与Mf之间的温度由公式VM=exp[a(Ms-QT)]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D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法的步骤(2)与(4)步骤中的冷却速率由热膨胀仪测定的静态CCT曲线(膨胀量一温度曲线)决定,通过静态CCT曲线可以得到马氏体相变的临界冷却速率。
所述的一种基于D-Q-P提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法的步骤(3)中保温一段时间为10~60 s。
本发明采用D-Q-P工艺，极大地简化了热处理工艺的同时实现了对碳元素和锰元素的高效利用，大幅度提升了残余奥氏体的稳定性，极大的改善了碳-锰-硅钢的综合力学性能。在同等汽车安全强塑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是本发明的双相区Mn配分理论模型。
图3是本发明的实施例1的金相组织照片。
图4是本发明的实施例1的力学性能测试结果图。
图5是本发明的实施例2的金相组织照片。
图6是本发明的实施例2的力学性能测试结果图。
图7是本发明的实施例3的金相组织照片。
图8是本发明的实施例3的力学性能测试结果图。
图中，1、双相区锰配分，2、一次淬火，3、碳配分，4、二次淬火，5、AC3线代表加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度，6、AC1线代表加热时珠光体转变为奥氏体的温度，7、MS线表示马氏转变开始温度，8、Mf线表示马氏体转变终了温度，Mn、锰元素，Mn0、初始锰含量，F、铁素体，A1、富锰态奥氏体，A2、贫锰态奥氏体，t0、奥氏体转变开始时刻，t1、贫锰铁素体发生奥氏体相变开始时刻，t2、贫锰铁素体开始发生奥氏体相变终了时刻。
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1-8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1mm/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-1.50Mn-1.16Si，其工艺过程包含如下步骤:
（1）双相区锰配分：将材料以10 ℃/min加热到AC3和AC1（双相区）之间的820 ℃并保温3min；
（2）一次淬火：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行第一次淬火；
（3）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到MS与Mf之间的240 ℃进行保温30 s；
（4）二次淬火：将材料水淬至室温。
图3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4所示，断后伸长率达到21.08 %，抗拉强度911.06 MPa，强塑积19.2 GPa%。
实施例2
（1）双相区锰配分：将材料以10 ℃/min加热到AC3和AC1（双相区）之间的820 ℃并保温5min；
（2）一次淬火：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行第一次淬火；
（3）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到MS与Mf之间的240 ℃进行保温30 s；
（4）二次淬火：将材料水淬至室温。
经检测，断后伸长率达到20.52 %，抗拉强度894.11 MPa，强塑积18.3 GPa%。
实施例3
（1）双相区锰配分：将材料以10 ℃/min加热到AC3和AC1（双相区）之间的820 ℃并保温7min；
（2）一次淬火：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行第一次淬火；
（3）盐浴炉碳配分过程：将材料快速转移到MS与Mf之间的240 ℃进行保温30 s；
（4）二次淬火：将材料水淬至室温。
对比图3和图7，保温3min时的粒状铁素体在经过锰配分保温到7min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8所示，经检测断后伸长率达到21.14%，抗拉强度924.83 MPa，强塑积19.55 GPa%。

Claims (4)

1.一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法，其特征是按以下步骤实现：
双相区锰配分：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；
一次淬火：将材料快速转移到MS与Mf之间某一温度进行第一次淬火；
（3）盐浴炉碳配分过程：将材料在MS与Mf之间某一温度进行保温一段时间；
（4）二次淬火:将材料水淬至室温。
2.根据权利要求1所述的一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法，其特征是：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，加热速率和锰配分时间参考锰配分理论模型,其加热速率为5~10℃/min，锰配分温度为810~830℃，保温时间为1min~10min。
3.根据权利要求1所述的一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法，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230~260℃；淬火保温时间为10s~60s。
4.根据权利要求1所述的一种基于D-Q-P工艺提升碳-锰-硅钢综合力学性能的方法，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有具体材料的马氏体临界冷却速率所决定。
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