CN111893396B - 一种高强中锰钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强中锰钢及其制备方法，尤其涉及高强中锰钢的温轧工艺，其化学成分以重量百分比计为：C：0.01～0.5％，Si：0.1～3.0％，Mn：6～10％，A1：0.3～3％，P≤0.03％，S≤0.04％，其余为Fe和杂质。制备方法包括将中锰钢冶炼成钢锭，然后采用真空冶炼技术浇注成铸坯；然后高温锻造成钢坯；将钢坯经过热轧、二段轧制等轧成薄板；对薄板进行酸洗处理，然后将热轧板轧成温轧板；在保护气体保护下对温轧板进行逆向变退火工艺。发明避免了冷轧难以进行大的压下量和材料的冲压性能问题，板材在轧制过程中开裂得到控制，材料的变形抗力小，降低了轧制力，减少了对轧辊的磨损。

Description

一种高强中锰钢及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车用钢制造领域，涉及一种高强中锰钢及其制备方法，尤其涉及高强中锰钢的温轧工艺。
背景技术
汽车的轻量化可以提高燃油效率并减少废气排放，因此，寻求轻质高强度汽车结构钢引起了各国研究学者的关注。第一代先进高强钢由于较低的强塑积(10～20GPa·％)限制了其在汽车领域的应用，而第二代先进高强钢虽然强塑积可达50GPa·％，但是高合金化成本和较大的制造难度都限制了第二代先进高强钢的商业化生产。近年来，在第一代和第二代汽车钢的基础上提出第三代汽车钢的概念。通过优化钢变形机制，提高钢的强塑积，一般≥30GPa·％，且合金含量不高，因而被认定为是一种比较理想的新一代汽车用钢。
近年来，国内外学者的研究领域对汽车钢的加工路线主要集中在热轧后冷轧汽车钢以及轧后热处理。如中锰TRIP钢，通常先在再结晶区进行热轧，随后冷轧，把冷轧板完全奥氏体化后淬火得到马氏体，然后在两相区长时间保温，通过逆相变得到奥氏体，然后空冷。这种热处理工艺操作不便，耗能较大，合格率低，不利于工业化生产。主要原因在于冷轧过程中连续的冷变形会引起的钢板的强度、硬度上升，韧性、塑性下降，而导致冲压性能恶化，并且板材在轧制过程中容易产生开裂现象。此问题限制了冷轧中锰钢的应用，同时冷轧时对轧机将会产生很强的载荷，缩短轧机的寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高强中锰钢及其制备方法，尤其涉及高强中锰钢的温轧工艺，本发明避免了冷轧难以进行大的压下量和材料的冲压性能问题，板材在轧制过程中开裂得到控制，材料的变形抗力小，降低了轧制力，减少了对轧辊的磨损。本发明的技术方案如下：
一种高强中锰钢，其化学成分以重量百分比计为：C：0.01～0.5％，Si：0.1～3.0％，Mn：6～10％，A1：0.3～3％，P≤0.03％，S≤0.04％，其余为Fe和杂质。优选的，所述C：0.2％，Si：2.0％，Mn 7％，A1 2.5％，P 0.01％，S 0.03％，余量为Fe及杂质。
本发明高强中锰钢的制备方法，具体步骤如下：高强中锰钢，其化学成分以重量百分比计为：
(1)将中锰钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为C：0.01～0.5％，Si：0.1～3.0％，Mn：6～10％，A1：0.3～3％，P≤0.03％，S≤0.04％，其余为Fe和杂质；采用真空冶炼技术，温度控制在1450～1550℃，浇注成铸坯；
(2)将铸坯加热至1200℃，保温12h，锻造成钢坯；
(3)将钢坯放入高温炉内，从室温加热到1250℃，保温2h，经过6-8道次热轧成厚度为10mm的薄板，初轧温度为1150℃，终轧温度不低于950℃；随后进行二段轧制，初轧温度为900℃，终轧温度不低于850℃；经过1-2道次热轧成厚度为5mm的薄板，空冷至室温；
(4)用盐酸和水对步骤(3)中的热轧板进行酸洗处理，其中盐酸和水的体积比为1：3，其中，盐酸的浓度150g/L，酸洗温度70-80℃，酸洗时间90-100s；在450～650℃的温度下，将热轧板恒温轧成1-2.5mm的温轧板，轧后空冷至室温；
(5)将步骤(4)中的温轧板在保护气体氮气的保护下，进行逆向变退火工艺，即将所述温轧板加热至奥氏体和铁素体两相区温度，将温度控制在550～600℃，保持30～300min，制得高强中锰钢，通过不同的保温时间获得不同含量的逆向变奥氏体，从而获得理想的力学性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明得到的温轧钢板具有好的塑性，有效的防止了冷轧开裂，并且本发明提供的轧制工艺和热处理工艺相对其他冷轧中锰TRIP钢简单，易于实现工业化生产。
(2)本发明获得的高强中锰钢，抗拉强度为814～860MPa，总延伸率为50～60％，强塑积达到40GPa％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：一种高强中锰钢及其制备方法
高强中锰钢，其化学成分以重量百分比计为：C：0.2％，Si：2.0％，Mn 7％，A12.5％，P 0.01％，S 0.03％，余量为Fe及杂质；制备方法如下：
(1)将中锰钢冶炼成钢锭，采用真空冶炼技术，温度控制在1450～1550℃，浇注成铸坯；
(2)将铸坯加热至1200℃，保温12h，锻造成截面积为60mm×30mm的钢坯；
(3)将钢坯放入高温炉内，从室温加热到1250℃，保温2h，经过6道次热轧成厚度为10mm的薄板，初轧温度为1150℃，终轧温度不低于950℃；随后进行二段轧制，初轧温度为900℃，终轧温度不低于850℃；经过2道次热轧成厚度为5mm的薄板，空冷到室温；
(4)用盐酸和水对步骤(3)中的热轧板进行酸洗处理，其中盐酸和水的体积比为1：3，其中，盐酸的浓度150g/L，酸洗温度75℃，酸洗时间100s；在450的温度下，将热轧板恒温轧成2.5mm的温轧板，轧后空冷至室温；
(5)将步骤(4)中的温轧板在保护气体氮气的保护下，进行逆向变退火工艺，即将所述温轧板加热至奥氏体和铁素体两相区温度，将温度控制在550℃，保持100min，制得高强中锰钢。
实施例2：一种高强中锰钢及其制备方法
高强中锰钢，其化学成分以重量百分比计为：C 0.31％，Si：1.6％，Mn 6％，A11.1％，P 0.02％，S 0.02％，余量为Fe及杂质；制备方法如下：
(1)将中锰钢冶炼成钢锭，采用真空冶炼技术，温度控制在1450～1550℃，浇注成铸坯；
(2)将铸坯加热至1200℃，保温12h，锻造成截面积为50mm×50mm的钢坯；
(3)将钢坯放入高温炉内，从室温加热到1250℃，保温2h，经过7道次热轧成厚度为10mm的薄板，初轧温度为1150℃，终轧温度不低于950℃。随后进行二段轧制，初轧温度为900℃，终轧温度不低于850℃。经过2道次热轧成厚度为5mm的薄板。空冷到室温；
(4)用盐酸和水对步骤(3)中的热轧板进行酸洗处理，其中盐酸和水的体积比为1：3，其中，盐酸的浓度150g/L，酸洗温度80℃，酸洗时间90s；在500的温度下，将热轧板恒温轧成2.0mm的温轧板，轧后空冷至室温；
(5)将步骤(4)中的温轧板在保护气体氮气的保护下，进行逆向变退火工艺，即将所述温轧板加热至奥氏体和铁素体两相区温度，将温度控制在560℃，保持250min，制得高强中锰钢。
实施例3：一种高强中锰钢及其制备方法
高强中锰钢，其化学成分以重量百分比计为：C 0.35％，Si：0.8％，Mn 8％，A10.9％，P 0.02％，S 0.02％，余量为Fe及杂质；制备方法如下：
(1)将中锰钢冶炼成钢锭，采用真空冶炼技术，温度控制在1450～1550℃，浇注成铸坯；
(2)将铸坯加热至1200℃，保温12h，锻造成截面积为60mm×40mm的钢坯；
(3)将钢坯放入高温炉内，从室温加热到1250℃，保温2h，经过8道次热轧成厚度为10mm的薄板，初轧温度为1150℃，终轧温度不低于950℃。随后进行二段轧制，初轧温度为900℃，终轧温度不低于850℃。经过2道次热轧成厚度为5mm的薄板，空冷到室温；
(4)用盐酸和水对步骤(3)中的热轧板进行酸洗处理，其中盐酸和水的体积比为1：3，其中，盐酸的浓度150g/L，酸洗温度80℃，酸洗时间100s；在600的温度下，将热轧板恒温轧成1.0mm的温轧板，轧后空冷至室温；
(5)将步骤(4)中的温轧板在保护气体氮气的保护下，进行逆向变退火工艺，即将所述温轧板加热至奥氏体和铁素体两相区温度，将温度控制在560℃，保持40min，制得高强中锰钢。
根据GB/T228-2002“金属材料室温拉伸试验方法”将热处理后的高强中锰钢加工成拉伸试样，沿轧制方向切取试样，将切下的试样用砂纸进行磨光，设定拉伸速度3mm/min，拉伸前先固定好电子引伸计，拉伸过程由计算机程序自动控制。对试样的力学性能进行全面测试，其结果如下表1所示：
表1
实施例 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 总延伸率(％) 强塑积(GPa％)
实施例1 691 850.2 58.2 49.1
实施例2 686 843.5 55.1 46.9
实施例3 655 823.6 52.5 43.6
经检测可知，本发明获得的高强中锰钢，其屈服强度为650MPa以上，抗拉强度为814～860MPa，总延伸率为50～60％，强塑积达到40GPa％以上。

Claims (1)

1.一种高强中锰钢，其特征在于，所述高强中锰钢，其化学成分以重量百分比计为：C：0.2%，Si：2.0%，Mn 7%，A1 2.5%，P 0.01%，S 0.03%，余量为Fe及杂质；制备方法如下：
（1）将中锰钢冶炼成钢锭，采用真空冶炼技术，温度控制在1450～1550℃，浇注成铸坯；
（2）将铸坯加热至1200℃，保温12h，锻造成截面积为60mm×30mm的钢坯；
（3）将钢坯放入高温炉内，从室温加热到1250℃，保温2h，经过6道次热轧成厚度为10mm的薄板，初轧温度为1150℃，终轧温度不低于950℃；随后进行二段轧制，初轧温度为900℃，终轧温度不低于850℃；经过2道次热轧成厚度为5mm的薄板，空冷到室温；
（4）用盐酸和水对步骤（3）中的热轧板进行酸洗处理，其中盐酸和水的体积比为1：3，其中，盐酸的浓度150g/L，酸洗温度75℃，酸洗时间100s；在450的温度下，将热轧板恒温轧成2.5mm的温轧板，轧后空冷至室温；
（5）将步骤（4）中的温轧板在保护气体氮气的保护下，进行逆相变 退火工艺，即将所述温轧板加热至奥氏体和铁素体两相区温度，将温度控制在550℃，保持100min，制得高强中锰钢。
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