CN111270133B - 一种热轧含硼中锰高强钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种热轧含硼中锰高强钢及其制备方法，属于汽车用高强钢技术领域。该钢的化学成分C：0.10％～0.14％，Si：2.55％～4.0％，Mn：13.5％～17.0％，Cr：2.05％～3.0％，Ni：0.8％～2.0％，Cu：1.85％～3.0％，B：0.05％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。制备时，通过在一定温度范围热轧，获得奥氏体基体和分布在奥氏体基体上的沉淀强化硼化物相，且奥氏体中包含有孪晶、位错和层错等，从而使得本发明钢在变形时能同时发生TRIP和TWIP效应。本发明钢的屈服强度500‑580MPa，抗拉强度1200‑1350MPa，延伸率42‑45％，强塑积54‑58GPa·％，力学性能明显优于全奥氏体TWIP钢。本发明钢工艺简单，具有工业生产可实现性和实际应用价值。

Description

一种热轧含硼中锰高强钢及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车用高强钢技术领域，涉及一种热轧含硼中锰高强钢及其制备方法。
背景技术
随着人们对环保、资源和能源重视的不断加强，汽车制造也开始向轻量化方向发展。据统计，汽车重量每降低10％，燃油效率可以提高6-8％。采用高强度和超高强度的钢板，可以通过减薄零件厚度的方式来实现轻量化。
传统高锰全奥氏体钢的TWIP钢在形变过程中产生形变孪晶具有TWIP效应，虽然其延伸率可达60～80％，但其强度偏低，一般屈服强度300～400MPa，抗拉强度不大于1000MPa；而中锰钢通过添加Al等元素，虽然可以达到轻质高强的目的，但其工艺流程较长且热处理工艺较为复杂。本发明公开了一种高强热轧含硼锰钢的制备方法，通过合理的成分及工艺设计即可获得屈服强度500-580MPa，抗拉强度1200-1350MPa，延伸率42-45％，强塑积54-58GPa·％的高强钢板。
中国专利公开号CN 108796190 A公开了一种薄规格高锰钢板的短流程制备方法，薄规格高锰钢板化学成分属于C、Si、Mn、Al系，锰含量为15-25％，且含有1.5％≤Al≤3％，采用了双辊薄带连铸方法制备。该方法对钢水温度要求高，制备时需采用特定设备，无法在传统生产设备上实现。
中国专利公开号CN 108866447 A公开了一种高锰TWIP钢及其制备方法，化学成分中含有16-26％Mn、2-3％Si、0.05-2.5％Al、0.1-0.3％C、0.01-0.06％Cu、0.01-0.03％Ni，冶炼时需要通入氩气保护，钢锭轧制后还需要采用摇包电炉法进行脱硅反应，采用石灰、萤石进行摇包脱磷处理。该方法成分简单，但生产工艺流程复杂，且生产出的TWIP钢抗拉强度仅为1000-1100MPa。
中国专利公开号CN 105441796 A公开了一种具有高强塑积TWIP钢及其制备方法，其特点是含有Ce、Bi元素，且需要采用ASP中薄板坯连铸连轧工艺，虽然强塑积大于50GPa·％，但抗拉强度仅为900MPa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产流程简单、高强度、高延伸率的热轧含硼中锰高强钢及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的一种热轧含硼中锰高强钢及其制备方法如下：
一种热轧含硼中锰高强钢，其化学成分以质量百分比计为C：0.10％～0.14％，Si：2.55％～4.0％，Mn：13.5％～17.0％，Cr：2.05％～3.0％，Ni：0.8％～2.0％，Cu：1.85％～3.0％，B：0.05％～0.80％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分Si:2.55％～3.0％。
优选的，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分Mn:13.5％～15.5％。
优选的，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分Cr:2.07％～2.3％。
优选的，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分Ni:1.20％～1.35％。
优选的，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分Cu:1.9％～2.6％。
优选的，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分B:0.14％～0.35％。
如上所述热轧含硼中锰高强钢的制备步骤为：
(1)将满足所述化学成分的铸坯加热到1050～1150℃，保温40～120min，进行均质化处理；
(2)将步骤(1)得到的铸坯进行热轧，轧制道次为6～10道次，每2道次热轧后都将钢带放入加热炉中回温，加热炉温度1050～1150℃，回温时间2-5min，热轧单道次压下率为30％～40％，热轧总压下率＞95％；然后将钢带水冷至室温，或卷取后空冷至温室，或水冷后卷取再空冷至室温，最后得到厚度1.5-3mm的热轧含硼中锰高强钢钢带。
所述热轧含硼中锰高强钢的组织为奥氏体基体，奥氏体中包含有孪晶、位错和层错，基体上分布着微米级的硼化物相。
所述热轧含硼中锰高强钢的屈服强度500-580MPa，抗拉强度1200-1350MPa，延伸率42-45％，强塑积54-58GPa·％。
所述热轧含硼中锰高强钢在单向拉伸变形过程中同时具有TRIP效应与TWIP效应，拉伸后组织为奥氏体、马氏体(BCC)、ε马氏体(HCP)、和硼化物。
本发明的有益效果：
本发明通过合理的合金成分和热轧工艺设计，获得奥氏体+弥散分布硼化物的热轧组织。其中奥氏体在变形过程中同时具有TRIP与TWIP效应；硼化物相的存在，在不显著降低延伸率的前提下，提高了钢的屈服强度和抗拉强度。本发明钢的屈服强度500-580MPa，抗拉强度1200-1350MPa，延伸率42-45％，强塑积54-58GPa·％，力学性能明显优于全奥氏体TWIP钢。本发明钢工艺简单，具有工业生产可实现性和实际应用价值。
附图说明
图1：实施例1热轧组织的透射电镜照片。
图2：实施例1拉伸后组织的透射电镜照片。
图3：实施例4热轧组织的扫描电镜照片。
图4：实施例4拉伸后组织的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致的描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本申请的一种热轧含硼中锰高强钢及其制造方法进行详细说明。
实施例1
本实施例的化学成分及质量百分比如下：C 0.10％，Si 2.92％，Mn 15.2％，Cr2.25％，Ni 1.35％，Cu 2.51％，B 0.32％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。化学成分如表1所示。
将满足该化学成分的铸坯加热到1050℃，保温120min，进行均质化处理；然后进行热轧，轧制道次为9道次，每2道次热轧后都将钢带放入加热炉中回温，加热炉温度1050℃，回温时间5min，热轧单道次压下率为32.5％，热轧总压下率97.1％；然后将钢带水冷至室温，得到厚度1.6mm的热轧含硼中锰高强钢钢带。工艺参数如表2所示。得到的热轧含硼中锰高强钢钢带的组织为奥氏体基体，奥氏体中包含有孪晶、位错和层错，基体上分布着微米级的硼化物相。
根据GB/T228-2010“金属材料室温拉伸试验方法”，将得到的热轧含硼中锰钢带加工成拉伸试样，拉伸试验时的拉伸速度为2mm/min，得到的力学性能结果为屈服强度504MPa，抗拉强度1215MPa，延伸率44.7％，强塑积54.3GPa·％，如表3所示。制备的热轧含硼中锰钢带组织的透射电镜照片如图1所示，拉伸后组织的照片如图2所示。本实施例热轧含硼中锰高强钢钢带在单向拉伸变形过程中同时具有TRIP效应与TWIP效应，拉伸后组织为奥氏体、马氏体(BCC)、ε马氏体(HCP)和硼化物。
实施例2
本实施例的化学成分如表1所示。制备工艺与实施例1基本相同，不同之处如表2所示。力学性能结果和显微组织如表3所示。
实施例3
本实施例的化学成分如表1所示。制备工艺与实施例1基本相同，不同之处如表2所示。力学性能结果和显微组织如表3所示。
实施例4
本实施例的化学成分如表1所示。制备工艺与实施例1基本相同，不同之处如表2所示。力学性能结果和显微组织如表3所示。制备的热轧含硼中锰钢带组织的扫描电镜照片如图3所示，拉伸后组织的照片如图4所示。
表1实施例1-4的化学成分
C Si Mn Cr Ni Cu B Fe
实施例1 0.10 2.92 15.2 2.25 1.35 2.51 0.32 Bal.
实施例2 0.13 2.82 13.5 2.19 1.31 2.36 0.15 Bal.
实施例3 0.11 2.58 14.5 2.07 1.29 1.98 0.25 Bal.
实施例4 0.12 2.72 13.9 2.14 1.21 2.27 0.19 Bal.
表2实施例1-4的工艺参数
Figure BDA0002379948020000031
表3实施例1-4的力学性能和组织
Figure BDA0002379948020000041
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于所述中锰高强钢成分质量百分比计为C：0.10％~0.14％，Si：2.55％~4.0％，Mn：13.5％~17.0％，Cr：2.05%~3.0%，Ni：0.8％~2.0％，Cu：1.85％~3.0％，B：0.05％~0. 80％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述热轧含硼中锰高强钢的制备步骤为：
（1）将所述中锰高强钢铸坯加热到1050~1150℃，保温40~120min，进行均质化处理；
（2）将步骤（1）得到的铸坯进行热轧，轧制道次为6~10道次，每2道次热轧后都将钢带放入加热炉中回温，加热炉温度1050~1150℃，回温时间2-5min，热轧单道次压下率为30%~40%，热轧总压下率＞95%；然后将钢带水冷至室温，或卷取后空冷至室温，或水冷后卷取再空冷至室温，最后得到厚度1.5-3mm的热轧含硼中锰高强钢钢带；
所述热轧含硼中锰高强钢的组织为奥氏体基体，奥氏体中包含有孪晶、位错和层错，基体上分布着微米级的硼化物相；所述热轧含硼中锰高强钢的屈服强度500-580MPa，抗拉强度1200-1350MPa，延伸率42-45%，强塑积54-58 GPa·%。
2.如权利要求1所述的一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分中Si： 2.55％~3.0％。
3.如权利要求1所述的一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分中Mn：13.5％~15.5％。
4.如权利要求1所述的一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分中Cr：2.07%~2.3%。
5.如权利要求1所述的一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分中Ni ：1.20％~1.35％。
6.如权利要求1所述的一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分中Cu：1.9%~2.6%。
7.如权利要求1所述的一种热轧含硼中锰高强钢，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的化学成分中B： 0.14％~0.35％。
8.一种如权利要求1-7任一所述热轧含硼中锰高强钢的制备方法，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的制备步骤为：
（1）将所述中锰高强钢铸坯加热到1050~1150℃，保温40~120min，进行均质化处理；
（2）将步骤（1）得到的铸坯进行热轧，轧制道次为6~10道次，每2道次热轧后都将钢带放入加热炉中回温，加热炉温度1050~1150℃，回温时间2-5min，热轧单道次压下率为30%~40%，热轧总压下率＞95%；然后将钢带水冷至室温，或卷取后空冷至室温，或水冷后卷取再空冷至室温，最后得到厚度1.5-3mm的热轧含硼中锰高强钢钢带。
9.如权利要求8所述的热轧含硼中锰高强钢的制备方法，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢的组织为奥氏体基体，奥氏体中包含有孪晶、位错和层错，基体上分布着微米级的硼化物相；所述热轧含硼中锰高强钢的屈服强度500-580MPa，抗拉强度1200-1350MPa，延伸率42-45%，强塑积54-58 GPa·%。
10.如权利要求8所述的一种热轧含硼中锰高强钢及其制备方法，其特征在于，所述热轧含硼中锰高强钢在单向拉伸变形过程中同时具有TRIP效应与TWIP效应，拉伸后组织为奥氏体、马氏体BCC、ε马氏体HCP和硼化物。
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