CN110592490A - 一种具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢及制备方法 - Google Patents

一种具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种具有高强塑积无塑性不稳定性的热轧中锰钢板及制备方法，属于汽车用钢技术领域。其化学成分为：C0.25～0.35％，Mn8.50～9.50％，Al1.7％～2.3％，Si0.03～0.07％，P<0.01％，S<0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。制备步骤为：原料准备，冶炼，铸造；钢坯加热至1180℃～1200℃保温2h后进行多道次热轧，开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度不低于900℃，轧后层流冷却，卷取温度300℃～400℃；热轧板最后经过两相区退火，两相区退火温度为630℃～640℃，保温时间为30min。本发明中锰钢不经锻造、晶粒大，有助于实现短流程薄板坯连铸连轧，显微组织呈现板条状铁素体+奥氏体两相基体以及细小渗碳体析出相。抗拉强度大于1000MPa，强塑积大于30GPa·％，应力‑应变曲线无屈服平台呈现连续屈服且无应力抖动等塑性不稳定现象，热轧板成形性好，强度高碰撞能量吸收能力强。

Description

一种具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及汽车用钢技术，具体为一种高强塑积且无塑性不稳定热轧中锰钢板及其制备方法。
背景技术
针对汽车轻量化发展趋势和不断提高的安全性能要求，汽车用钢正朝着更高强度、更高塑性、较低成本和易加工成形等方向发展。第三代汽车钢综合性能比第一代汽车钢提高1倍以上，其强塑积达到了25GPa·％-50GPa·％。作为第三代汽车用钢的典型代表，中锰钢通常含有5wt％-12wt％的锰，由于晶粒尺寸细小，铁素体和奥氏体已经具有较高的强度，而残余奥氏体在拉伸过程中可以发生TRIP效应，在保证材料具有较高屈服强度的同时，改善了加工硬化能力，从而获得较高的抗拉强度和延伸率，中锰钢已经成为近年来钢铁研究领域的热点。
中锰钢经历临界区退火处理后在拉伸变形过程中，往往会出现屈服平台(Yieldpoint elongation)和锯齿抖动(Portevin-Le Chatelier effect)等塑性不稳定现象，这两种不均匀变形现象会使得板材加工成形性能受到影响，降低成形件表面质量。传统意义上，对于屈服平台和PLC效应的产生机制主要归因于溶质原子与位错之间的相互作用，形成“柯氏气团”，进而产生静态或动态应变时效。
目前，冷轧板由于其优异的表面质量、较薄的厚度、精确的尺寸控制，广泛应用于制备汽车面板、侧柱和支撑件等。但随着薄板坯连铸连轧、ESP无头轧制等先进热轧技术的发展，通过热轧工艺生产更薄规格、板形良好的板带材具有越来越大的应用前景。工艺简单、生产流程短的热轧板逐渐扩展到冷轧板的应用领域。更薄尺寸规格的热轧汽车板(1～3mm)，具有成形性好，强度高碰撞能量吸收能力强等优点，适用于制造汽车纵梁、横梁、保险杠等结构件。因此，获得具有高强塑积且无塑性不稳定性的热轧中锰钢能够契合目前板带轧制技术短流程发展趋势和汽车轻量化需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高强塑积且无塑性不稳定性的热轧中锰钢板及制备方法，通过设计合理的成分配比、热轧和两相区退火工艺方案，精确控制显微组织形貌、奥氏体体积分数和碳化物析出，获得具有良好成形性的中锰钢钢板。
为实现本发明的目的，提出以下技术方案：
一种具有高强塑积且无塑性不稳定性的热轧中锰钢，其特征在于，所述中锰钢化学成分按质量百分比为：C0.25～0.35％，Mn8.50～9.50％，Al1.7％～2.3％，Si0.03～0.07％，P<0.01％，S<0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
如上所述的具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢的制备方法，其制备方法具体步骤如下：
(1)根据设计成分准备原料，依次进行冶炼，铸造。
(2)通过真空熔炼炉获得钢坯，厚度为70～110mm，将钢坯加热至1180℃～1200℃保温2h后进行多道次热轧，开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度不低于900℃，轧至厚度为2～4mm，轧后层流冷却，卷取温度300℃～400℃。
(3)热轧板经过两相区退火，两相区退火温度为630℃～640℃，保温时间为30min。
进一步地，所述热轧中锰钢不经锻造、原奥晶粒较大，原奥晶粒尺寸约为35μm。
进一步地，本发明通过控制两相区退火工艺，使奥氏体逆相变和渗碳体析出能够同时进行，显微组织呈现板条状铁素体+奥氏体两相基体以及细小渗碳体析出相，其中奥氏体含量体积百分数为35％～45％。
本发明的优点在于：通过设计合理的成分配比、热轧和两相区退火工艺方案，精确控制显微组织形貌、奥氏体体积分数和碳化物析出，消除中锰钢常见的屈服平台和应力抖动等塑性不稳定现象。所制备的热轧中锰钢抗拉强度大于1000MPa，强塑积大于30GPa·％，应力-应变曲线无屈服平台呈现连续屈服且无应力抖动等塑性不稳定现象，热轧板成形性好，具有强度高碰撞能量吸收能力强等优点，适用于制造汽车纵梁、横梁、保险杠等结构件，有助于中锰钢实现工业化生产。
附图说明
图1是本发明热轧中锰钢板制备流程；
图2是本发明实施例1热轧中锰钢显微组织；
图3是本发明实施例1热轧中锰钢拉伸应力-应变曲线。
图4是本发明实施例2热轧中锰钢显微组织；
图5是本发明实施例2热轧中锰钢拉伸应力-应变曲线。
图6是本发明实施例3热轧中锰钢显微组织；
图7是本发明实施例3热轧中锰钢拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
实施例1中锰钢实测化学成分如表1所示。以上成分中锰钢采用真空感应电炉熔炼冶炼40min后，冷却至室温得到钢锭，切取厚度为70mm的钢坯。
表1实施例中锰钢实测化学成分(wt％)
C Si Mn P S Al Fe
0.30 0.028 9.28 0.0075 0.0088 2.15 余量
在实验室4辊可逆轧机进行热轧。将钢坯加热至1180℃～1200℃保温2h后进行多道次热轧，开轧温度1100℃～1150℃，经6道次轧制成厚度为3mm的钢板，终轧温度不低于900℃，轧后层流冷却，卷取温度300℃～400℃。
热轧板进行两相区退火，两相区退火温度为640℃，保温时间为30min，空冷至室温。
对实施例1制备的热轧板进行显微组织观察(图2)和力学性能测试。根据GBT228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》将两相区退火后的钢板加工成标距50mm的拉伸试样，进行单轴拉伸试验，拉伸速率设定为10-3s-1。拉伸结果工程应力-应变曲线如图3所示。可以看到，该热轧中锰钢两相区退火后，其抗拉强度大于1000MPa，强塑积大于30GPa·％，应力-应变曲线无屈服平台呈现连续屈服且无应力抖动等塑性不稳定现象。这与其显微组织铁素体、奥氏体板条形貌，渗碳体析出密切相关。
实施例2
钢的化学成分、冶炼、热轧工艺与实施例1相同，不同在于热轧板进行两相区退火，两相区退火工艺为在630℃，保温时间为30min，空冷至室温。
对本实施例制备的热轧板进行显微组织观察(图4)和力学性能测试。将两相区退火后的钢板加工成标距50mm的拉伸试样，进行单轴拉伸试验，拉伸速率设定为10-3s-1。拉伸结果工程应力-应变曲线如图5所示。可以看到，该热轧中锰钢两相区退火后，其抗拉强度在1000MPa左右，强塑积大于30GPa·％，应力-应变曲线无屈服平台呈现连续屈服且无应力抖动等塑性不稳定现象。这与其显微组织铁素体、奥氏体板条形貌，渗碳体析出密切相关。
实施例3
钢的化学成分、冶炼、热轧工艺与实施例1相同，不同在于热轧板进行两相区退火，两相区退火工艺为在680℃，保温时间为30min，空冷至室温。
对本实施例制备的热轧板进行显微组织观察(图6)和力学性能测试。将两相区退火后的钢板加工成标距50mm的拉伸试样，进行单轴拉伸试验，拉伸速率设定为10-3s-1。拉伸结果工程应力-应变曲线如图7所示。可以看到该热轧中锰钢在经过680℃，30min两相区退火后，其强度和延伸率更高，但存在应力抖动现象，影响板材成形性，其显微组织为奥氏体和铁素体两相组织，为渗碳体析出。为实现本发明所述的高强塑积且无塑性不稳定性热轧中锰钢板制备，两相区退火温度为630℃～640℃，保温时间为30min。

Claims (4)

1.一种具有高强塑积无塑性不稳定性的热轧中锰钢板，其特征在于，所述中锰钢化学成分按质量百分比为：C:0.25～0.35％，Mn:8.50～9.50％，Al:1.7％～2.3％，Si:0.03～0.07％，P<0.01％，S<0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)根据设计成分准备原料，依次进行冶炼，铸造；
(2)通过真空熔炼炉获得钢坯，厚度为70～110mm，将钢坯加热至1180℃～1200℃保温2h后进行多道次热轧，开轧温度1100℃～1150℃，终轧温度不低于900℃，轧至厚度为2～4mm，轧后层流冷却，卷取温度300℃～400℃；
(3)热轧板经过两相区退火，两相区退火温度为630℃～640℃，保温时间为30min。
3.根据权利要求2所述的具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢的制备方法，其特征在于，所述热轧中锰钢不经锻造、原奥晶粒较大，显微组织呈现板条状铁素体+奥氏体两相基体以及细小渗碳体析出相，其中奥氏体含量体积百分数为35％～45％。
4.根据权利要求2所述的具有高强塑积无塑性不稳定性热轧中锰钢的制备方法，其特征在于，所述热轧中锰钢抗拉强度大于1000MPa，屈强比在0.7～0.75，强塑积大于30GPa·％，应力-应变曲线无屈服平台呈现连续屈服且无应力抖动塑性不稳定现象，热轧板成形性好。
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