CN115233092B - 900MPa级具有优异塑韧性的高强钢及提高其残余奥氏体含量的热处理方法 - Google Patents

900MPa级具有优异塑韧性的高强钢及提高其残余奥氏体含量的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢及提高其残余奥氏体含量的热处理方法，本发明增加一道预淬火热处理工艺进行一次完全奥氏体化处理，通过引入退火马氏体，在精细规整的马氏体板条之间形成薄膜状的残余奥氏体，在协调变形、抑制裂纹扩展以及提高残余奥氏体稳定性等方面存在积极的作用，从而有助于提高产品的强塑积。通过对预淬火、退火、配分工艺合理的调控配合，使残余奥氏体的含量提高到10％‑15％，以使900MPa级高强钢强塑积提高到27GPa％。

Description

900MPa级具有优异塑韧性的高强钢及提高其残余奥氏体含量的热处理方法
技术领域
本发明属于热处理工艺技术领域，具体涉及900MPa级具有优异塑韧性的高强钢及提高其残余奥氏体含量的热处理方法。
背景技术
现有工业生产的Q&P钢一般采用的是传统的连退线一步法工艺或者两步法工艺进行制备，由于产线的能力限制，如退火最高温度不能超过850℃，时效温度不能低于380℃，导致产品的综合性能还不能达到最优，强塑积也就只能达到20GPa％左右。Q&P钢的一个重要特征是通过退火配分工艺的调节来获得残余奥氏体，通过残余奥氏体的TRIP效应能够在一定程度上缓解了高强钢强度和塑性的矛盾，从而提高产品的强塑积使材料获得更好的综合性能。
传统的900MPa级Q&P钢连退配分工艺获得的残余奥氏体含量较少，大概在5％-8％。研究显示钢的强塑积与钢中亚稳奥氏体含量呈线性关系，且奥氏体含量每增加1％强塑积相应增加0.6-0.7GPa％，合理引入亚稳奥氏体是实现钢材强韧化的有效方法，为高强钢的发展指出了一条新途径。一般来讲，希望通过热处理工艺使钢中获得较高含量的稳定残余奥氏体，从而使加工硬化速率更高，以满足强度和塑性的要求。因此采取合理的热处理制度来提高材料中奥氏体含量是科技工作者们的重要课题。
2013年6月19日公开的公开号为CN103160680A的专利公开的一种制备30GPa％级复相钢的Q&PB热处理工艺，采用传统的Q&PB热处理工艺得到马氏体、残余奥氏体和少量贝氏体的三相组织，其中残余奥氏体含量为7.8％和8.9％。2017年5月10日公开的公开号CN106636925 A的专利一种高强塑积冷轧TRIP钢及其制备方法，虽然也采用了预淬火工艺的方法提高了残余奥氏体的含量，但是它的预淬火温度较高1050-1250℃，对设备的能力要求较高，能耗更大。
发明内容
本发明的目的在于提供900MPa级具有优异塑韧性的高强钢及提高其残余奥氏体含量的热处理方法，本发明的设计的高强钢，通过设计的适当的热处理工艺优化，提高残余奥氏体含量，从而提高产品的强塑积使材料获得更好的综合性能。
本发明具体技术方案如下：
一种900MPa级具有优异塑韧性的高强钢，包括以下质量百分比成分：
C 0.20％～0.3％，Si 1.0％～1.7％，Mn 1.5％～2.0％，Nb 0.03％～0.06％，Ti0.01％～0.04％，Als：0.02-0.06％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的一种提高900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，包括以下步骤：
1)将钢板加热到850-950℃保温，然后以30-50℃/s的冷速冷却至室温；
2)在800-850℃临界奥氏体化温度保温；
3)淬火处理；
4)升温到360-410℃并保温；
5)以30-50℃/s的冷速淬火到室温。
步骤1)中所述保温，时间为3-6min；
步骤1)中将冷轧板样品以10-20℃/s的加热速率加热到850-950℃保温3-6min，然后以30-50℃/s的冷速冷却至室温，得到全马氏体组织；
步骤2)中所述保温，时间为3-6min；
步骤2)中以10-20℃/s的加热速率加热到800-850℃临界奥氏体化温度保温3-6min，得到临界奥氏体化组织；
步骤3)具体为：将步骤2)获得的温度均匀的高温试样以30-50℃/s的冷速淬火到250-340℃并保温5-10s；使部分奥氏体发生马氏体相变，得到富碳的马氏体和贫碳的残余奥氏体组织；
步骤4)中所述保温处理是指：保温300-600s。
步骤4)中将试样以10-20℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的360-410℃并保温300-600s，使碳元素从富碳马氏体扩散到残余奥氏体中，完成奥氏体的富碳过程，最后将试样淬火到室温，得到较传统工艺生产的残余奥氏体含量明显增高的高强钢。
经过上述热处理后获得的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢，组织为：铁素体、马氏体和残余奥氏体，以相对全部组织的面积统计，铁素体面积含量为20-30％，马氏体含量为50-70％，残余奥氏体含量10-15％。
经过上述热处理后获得的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢，屈服强度580-650MPa，抗拉强度900-950Mpa，延伸率25％-29％，强塑积20-27GPa％。
本发明热处理工艺的特点在于在传统的淬火配分工艺前引入预淬火，以10-20℃/s的加热速度加热到AC3温度以上850-950℃，使材料完全奥氏体化，随后淬火成板条马氏体。再以10-20℃/s的加热速度加热到800-850℃，进行临界奥氏体化，淬火到250-340℃并保温5-10s，使部分奥氏体发生马氏体相变，得到富碳的马氏体和贫碳的残余奥氏体组织。360-410℃退火配分，退火马氏体组织的板条间细小的残余奥氏体沿着板条界长大，成为长条状奥氏体，同时碳化物沿着马氏体板条界或者原奥氏体晶界析出，成为块状奥氏体的核心。最后淬火冷却至室温，长条状的及块状的奥氏体保留至室温。在同一原奥氏体晶粒内形成的长条状残余奥氏体，由于是沿着相同的板条方向生长，具有相同的取向，与周围基体保持K-S关系。因此，稳定性更好。本发明通过对预淬火、退火、配分工艺合理的调控配合，使残余奥氏体的含量由原来的5％-8％，提高到10％-15％，以使900MPa级高强钢强塑积提高到27GPa％。
与现有技术相比，本发明在传统的常规Q&P工艺前增加一道预淬火热处理工艺进行一次完全奥氏体化处理，通过引入退火马氏体，在通过引入退火马氏体，在精细规整的马氏体板条之间形成长条状的残余奥氏体，在协调变形、抑制裂纹扩展以及提高残余奥氏体稳定性等方面存在积极的作用，从而有助于提高产品的强塑积。通过对预淬火、退火、配分工艺合理的调控配合，使残余奥氏体的含量由原来的5％-8％，提高到10％-15％，以使900MPa级高强钢强塑积提高到27GPa％。
附图说明
图1为对比例1传统热处理组织；为铁素体+马氏体+残余奥氏体组织；铁素体主要为块状；
图2为本发明实施例1热处理组织；为铁素体+马氏体+残余奥氏体组织；经过预淬火工艺，退火脱溶过程产生的铁素体继承了马氏体取向，铁素体呈长条针状；
图3为对比例1传统热处理后残余奥氏体的含量5.2％；通过电子背散射衍射图片可以看出，传统工艺下的铁素体组织晶粒较大，残余奥氏体主要呈块状分布在块状铁素体晶界及晶内；
图4为本发明实施例1热处理后残余奥氏体的含量14.1％；通过电子背散射衍射图片可以看出，经过预淬火工艺，铁素体更加细小均匀且呈长条针状分布，残余奥氏体主要呈长条状及块状分布在针状铁素间隙。
具体实施方式
实施例1
一种提高900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，冷轧板的成分质量分数：C：0.21％，Si：1.56％，Mn：1.99％，P：0.013％，S：0.002％，Als：0.05％，Nb：0.0396％，Ti：0.0247％，其余是Fe和不可避免的杂质。具体热处理方法为：将冷轧板样品以15℃/s的加热速率加热到920℃保温5min，然后以40℃/s的冷速快速冷却至室温，得到全马氏体组织。再以15℃/s的加热速率加热到830℃临界奥氏体化温度保温3min，得到临界奥氏体化组织；然后试样以45℃/s的冷速淬火到260℃并保温9s，使部分奥氏体发生马氏体相变，得到富碳的马氏体和贫碳的残余奥氏体组织；然后将试样以20℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的380℃并保温570s，最后将试样以50℃/s的冷速淬火到室温。力学性能检测结果如表1。
实施例2
一种提高900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，冷轧板的成分质量分数：C：0.25％，Si：1.23％，Mn：1.99％，P：0.012％，S：0.0015％，Als：0.05％，Nb：0.0451％，Ti：0.0177％，余量为Fe和不可避免的杂质。将冷轧板样品以20℃/s的加热速率加热到890℃保温5min，然后以40℃/s的冷速快速冷却至室温，得到全马氏体组织。再以20℃/s的加热速率加热到850℃临界奥氏体化温度保温3min，得到临界奥氏体化组织；然后试样以30℃/s的冷速淬火到280℃并保温9s，使部分奥氏体发生马氏体相变，得到富碳的马氏体和贫碳的残余奥氏体组织；然后将试样以20℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的380℃并保温570s，最后将试样以40℃/s的冷速淬火到室温。力学性能检测结果如表1。
实施例3
一种提高900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，冷轧板的成分质量分数：C：0.28％，Si：1.68％，Mn：1.69％，P：0.012％，S：0.0015％，Als：0.05％，Nb：0.0552％，Ti：0.0311％，余量为Fe和不可避免的杂质。将冷轧板样品以20℃/s的加热速率加热到850℃保温5min，然后以30℃/s的冷速快速冷却至室温，得到全马氏体组织。再以20℃/s的加热速率加热到830℃临界奥氏体化温度保温3min，得到临界奥氏体化组织；然后试样以35℃/s的冷速淬火到320℃并保温9s，使部分奥氏体发生马氏体相变，得到富碳的马氏体和贫碳的残余奥氏体组织；然后将试样以10℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的410℃并保温570s，最后将试样以30℃/s的冷速淬火到室温。力学性能检测结果如表1。
实施例4
一种提高900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，冷轧板的成分与实施例1相同，将冷轧板样品以20℃/s的加热速率加热到920℃保温5min，然后以30℃/s的冷速快速冷却至室温，得到全马氏体组织。以20℃/s的加热速率加热到800℃临界奥氏体化温度保温3min，得到临界奥氏体化组织；然后试样以50℃/s的冷速淬火到260℃并保温9s，使部分奥氏体发生马氏体相变，得到富碳的马氏体和贫碳的残余奥氏体组织；然后将试样以10℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的360℃并保温570s，最后将试样以40℃/s的冷速淬火到室温。力学性能检测结果如表1。
对比例1
冷轧板的成分与实施例1相同，将冷轧板样品以15℃/s的加热速率加热到830℃临界奥氏体化温度保温3min，得到临界奥氏体化组织；然后试样淬火到260℃并保温9s；然后将试样以10℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的380℃并保温570s，最后将试样以40℃/s的冷速淬火到室温。力学性能检测结果如表1。
对比例2
冷轧板的成分与实施例1相同，将冷轧板样品以15℃/s的加热速率加热到800℃临界奥氏体化温度保温3min，得到临界奥氏体化组织；然后试样淬火到260℃并保温9s；然后将试样以10℃/s的加热速度快速升温到高于Ms温度的360℃并保温570s，最后将试样以40℃/s的冷速淬火到室温。力学性能检测结果如表1。
表1力学性能检测结果
Figure BDA0003713075820000071
Figure BDA0003713075820000081
采用扫面电子显微镜SEM，对本发明热处理后和传统的热处理实验钢4％的硝酸酒精试剂腐蚀后的典型组织照片对比，图1为对比例1的金相组织图片，图2为实施例1的金相组织图片，图3为对比例1的电子背散射衍射图片，图4为实施例1的电子背散射衍射图片。图1、2组织均为铁素体+马氏体+残余奥氏体组织。其中图1铁素体主要为块状，而图2，由于经过预淬火工艺，铁素体呈长条针状，这主要是因为退火脱溶过程产生的铁素体继承了马氏体取向，保持了针状板条特征。图3、4显示残余奥氏体的含量和分布，图3残余奥氏体主要呈块状分布在块状铁素体晶界及晶内，图4残余奥氏体主要呈长条状及块状分布在针状铁素间隙。
本发明在传统的常规Q&P工艺前增加一道预淬火热处理工艺进行一次完全奥氏体化处理，通过引入退火马氏体，在精细规整的马氏体板条之间形成长条状的残余奥氏体。此类奥氏体具有相同的取向，在协调变形、抑制裂纹扩展以及提高残余奥氏体稳定性等方面存在积极的作用，从而有助于提高产品的塑韧性。上述参照实施例对一种提高900MPa级高强钢残余奥氏体含量的热处理方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种900MPa级具有优异塑韧性的高强钢，其特征在于，所述900MPa级具有优异塑韧性的高强钢包括以下质量百分比成分：
C 0.20%～0.3%，Si 1.0%～1.7%，Mn 1.5%～2.0%，Nb 0.03%～0.06%，Ti 0.01%～0.04%，Als：0.02-0.06％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，包括以下步骤：
1）将钢板加热到850-950℃保温，然后以30-50℃/s的冷速冷却至室温；
2）在800-850℃临界奥氏体化温度保温；
3）淬火处理：淬火到250-340℃并保温5-10s；
4）升温到360-410℃并保温；
5）以30-50℃/s的冷速淬火到室温。
2.一种提高权利要求1所述的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢残余奥氏体含量的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤： 1）将钢板加热到850-950℃保温，然后以30-50℃/s的冷速冷却至室温；
2）在800-850℃临界奥氏体化温度保温；
3）淬火处理；
4）升温到360-410℃并保温；
5）以30-50℃/s的冷速淬火到室温。
3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，步骤1）中所述保温，时间为3-6min。
4.根据权利要求2或3所述的热处理方法，步骤1）中以10-20℃/s的加热速率加热到850-950℃。
5.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，步骤2）中所述保温，时间为3-6min。
6.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，步骤4）中所述保温处理是指：保温300-600s。
7.根据权利要求2或6所述的热处理方法，其特征在于，步骤4）中将试样以10-20℃/s的加热速度快速升温到360-410℃。
8.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，热处理后获得的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢的组织为：铁素体、马氏体和残余奥氏体，铁素体面积含量为20-30%，马氏体含量为50-70%，残余奥氏体含量10-15%。
9.根据权利要求2或8所述的热处理方法，其特征在于，热处理后获得的900MPa级具有优异塑韧性的高强钢的屈服强度580-650MPa，抗拉强度900-950Mpa，延伸率25%-29%，强塑积20-27 GPa%。
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