CN116926406A - 一种两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法及应用。本发明属于高性能汽车用钢技术领域。本发明的目的是为了消除中锰钢中PLC效应。本发明提供了一种高性能两相区退火低温回火中锰钢的低成本制备方法，在常规中锰钢成分体系基础上，通过设计室温淬火配分工艺制备出强塑积～30GPa、屈服强度≥1000MPa的高强钢板，显著提升中锰钢的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于高性能汽车用钢技术领域，具体涉及一种两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法及应用。
背景技术
汽车轻量化、安全、环保和节能减排等是汽车制造业的发展趋势。当前汽车车身钢铁材料占比达到60％-85％。因此通过高强钢进行材料替代是一种技术成熟、成本低的解决方案。通过高强钢进行材料减薄的轻量化方案，一方面轻量化解决了燃油消耗高的问题，另一方面提高了车身的安全性。以中锰钢为典型代表的第三代汽车用钢，在降低生产成本的同时满足汽车用钢的性能要求，具有广阔的发展前景。
中锰钢指Mn含量在(4-12％)的钢材，其力学性能优异，合金元素适当，生产成本低，其优异的力学性能来源于亚稳奥氏体在塑性变形过程中发生向马氏体转变的相变诱导塑性效应(TRIP效应)，进而推迟颈缩现象的产生，由此提高金属的强度和塑性。但中锰钢在成形过程中都可能出现一些与塑性不稳定性有关的制造问题(PLC效应)。拉伸试验中，将会出现伴随应力锯齿形跌落的雪崩式剪切变形带。这种现象叫做波特文-勒夏特利埃效应。英文为Portevin-LeChatelier，简称PLC效应。PLC效应的发生对于材料的服役和塑性成形是极其不利的。因此消除中锰钢中存在的PLC效应是一项急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了消除中锰钢中PLC效应，而提供了一种两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法及应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的目的之一在于提供一种两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法，所述方法按以下步骤进行：
S1：冶炼、铸造；
S2：热轧，然后空冷至室温；
S3：将热轧态中锰钢在760-780℃下保温一定时间，随后水淬至室温；
S4：将淬火后中锰钢加热至C的配分温度保温一定时间，再水冷至室温，得到两相区退火低温回火高强中锰钢。
进一步限定，S1中中锰钢成分如下：C:0.26wt％、Mn:7.9wt％、Al:1.8wt％、Si:0.02wt％、P≤0.005wt％、S≤0.007wt％以及余量Fe和不可避免的杂质。
进一步限定，S1中浇铸钢锭后锻造为铸坯。
进一步限定，S2中先加热至1200℃保温2h进行均匀化处理，再进行热轧。
进一步限定，S2中开轧温度为1150℃，终轧温度为900℃，轧制5-7道次。
进一步限定，S3中保温10min。
进一步限定，S4中C的配分温度为350℃，保温6min。
进一步限定，S4所得中锰钢中奥氏体体积分数为17～20％。
本发明的目的之二在于提供一种按上述方法制得的两相区退火低温回火高强中锰钢，所述两相区退火低温回火高强中锰钢屈服强度≥1000MPa，强塑积为～30GPa％。
本发明的目的之三在于提供一种按上述方法制得的两相区退火低温回火高强中锰钢在汽车制造中的应用。
本发明与现有技术相比具有的优点：
本发明提供了一种高性能两相区退火低温回火中锰钢的低成本制备方法，在常规中锰钢成分体系基础上，通过设计新工艺制备出强塑积～30GPa、屈服强度≥1000MPa的高强钢板，显著提升中锰钢的力学性能，具体优点如下：
(1)本发明通过调节C配分前残余奥氏体含量，配合后续C配分工艺，在优化工艺，降低成本的基础上，制备出屈服强度高达1390MPa的高强中锰钢，满足汽车产业轻量化、安全、环保和节能减排和提高碰撞安全性的目标要求。
(2)本发明实现了高强中锰钢的产业化规模化生产，同时消除了PLC效应，兼具冷轧精度高和表面光洁的特点，节约能源，这对于投入实际成产有重要的实用价值。
(3)本发明制备的超高强高塑中锰钢为常规锰钢合金体系，无需添加额外的合金元素，原材料成本低廉；
(4)本发明的方法将残余奥氏体调控到一定含量，可以直接淬火至室温，大大提高了生产效率，降低生产成本，得到的板材其性能与传统热处理工艺相当甚至更优。之后进行C配分工艺，进一步稳定残余奥氏体组织形貌和分布状态，使其在变形过程中能够发生充分的TRIP效应，实现高性能中锰钢的制备。
附图说明
图1是本发明实施例2以及对比例1所得中锰钢的XRD图谱；
图2是本发明实施例2所得中锰钢的组织形貌SEM图；
图3是本发明对比例1所得中锰钢的组织形貌SEM图；
图4是本发明实施例1-2以及对比例1中锰钢的工程应力应变曲线图。
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白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
下述实施例中室温拉伸试验的设备是在WDW-50C液压伺服拉伸试验机上面进行的。微观表征技术的设备为装在电子背散射衍射分析系统(EBSD)的ZeissSigma500扫描电子显微镜。残余奥氏体体积分数的测定设备为BrukerD8AdvanceX射线衍射仪。
实施例1：
本实施例的两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法按以下步骤进行：
S1、冶炼、铸造：
按C:0.26wt％、Mn:7.9wt％、Al:1.8wt％、Si:0.02wt％、P≤0.005wt％、S:0.007wt％以及余量Fe和不可避免的杂质的配比取料，在真空感应炉中进行冶炼，之后浇铸、锻造得到60mm×80mm的锻坯。
S2、热轧：
采用Φ450双辊高刚度轧机进行热轧，将锻坯加热至1200℃保温2h以此均匀化组织，开轧温度为1150℃，经6道次热轧，终轧温度为900℃，总的累计压下量为90％，热轧后进行层流冷却，模拟卷取温度至600℃，随后空冷至室温，得到厚度为7.2mm的热轧板，之后酸洗。
S3、残余奥氏体调控；
将热轧态中锰钢在760℃下保温10min，随后水淬至室温；
S4、C的配分：
将淬火后中锰钢加热350℃保温6min，再水冷至室温，得到两相区退火低温回火高强中锰钢，其中奥氏体的体积分数为20％(铁素体仪测得)。
实施例2：
本实施例的两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法按以下步骤进行：
S1、冶炼、铸造：
按C:0.26wt％、Mn:7.9wt％、Al:1.8wt％、Si:0.02wt％、P≤0.005wt％、S:0.007wt％以及余量Fe和不可避免的杂质的配比取料，在真空感应炉中进行冶炼，之后浇铸、锻造得到60mm×80mm的锻坯。
S2、热轧：
采用Φ450双辊高刚度轧机进行热轧，将锻坯加热至1200℃保温2h以此均匀化组织，开轧温度为1150℃，经6道次热轧，终轧温度为900℃，总的累计压下量为90％，热轧后进行层流冷却，模拟卷取温度至600℃，随后空冷至室温，得到厚度为7.2mm的热轧板，之后酸洗。
S3、残余奥氏体调控；
将热轧态中锰钢在780℃下保温10min，随后水淬至室温；
S4、C的配分：
将淬火后中锰钢加热350℃保温6min，再水冷至室温，得到两相区退火低温回火高强中锰钢，其XRD测试结果如图1所示，微观组织如图2所示，图中显示中锰钢微观组织为残余奥氏体，马氏体和少量铁素体三相组织，其中奥氏体的体积分数为17.6％，组织形貌主要为片层状。
对比例1：
本实施例的中锰钢的工业化生产方法按以下步骤进行：
S1、冶炼、铸造：
按C:0.26wt％、Mn:7.9wt％、Al:1.8wt％、Si:0.02wt％、P≤0.005wt％、S:0.007wt％以及余量Fe和不可避免的杂质的配比取料，在真空感应炉中进行冶炼，之后浇铸、锻造得到60mm×80mm的锻坯。
S2、热轧：
采用Φ450双辊高刚度轧机进行热轧，将锻坯加热至1200℃保温2h以此均匀化组织，开轧温度为1150℃，经6道次热轧，终轧温度为900℃，总的累计压下量为90％，热轧后进行层流冷却，模拟卷取温度至600℃，随后空冷至室温，得到厚度为7.2mm的热轧板，之后酸洗。
S3、残余奥氏体调控；
将热轧态中锰钢在700℃下保温10min，随后水淬至室温；
S4、C的配分：
将淬火后中锰钢加热350℃保温6min，再水冷至室温，得到中锰钢，其XRD测试结果如图1所示，微观组织如图3所示，图中显示微观组织为残余奥氏体，铁素体和马氏体三相组织，其中奥氏体的体积分数为75.8％。
对实施例1-2以及对比例1的中锰钢进行力学性能测试，以10-3/s的拉伸速率室温下进行准静态拉伸。力学性能结果如表1所示，工程应力应变曲线如图4所示。
表1中锰钢的力学性能
| 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 总延伸率(％) | 强塑积(GPa％) | |
| 实施例1 | 1294 | 1435 | 18 | 25.8 |
| 实施例2 | 1390 | 1438 | 18.9 | 27.1 |
| 对比例1 | 700 | 1308 | 20.5 | 26.8 |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种两相区退火低温回火高强中锰钢的工业化生产方法，其特征在于，按以下步骤进行：
S1：冶炼、铸造；
S2：热轧，然后空冷至室温；
S3：将热轧态中锰钢在760-780℃下保温一定时间，随后水淬至室温；
S4：将淬火后中锰钢加热至C的配分温度保温一定时间，再水冷至室温，得到两相区退火低温回火高强中锰钢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中中锰钢成分如下：C:0.26wt％、Mn:7.9wt％、Al:1.8wt％、Si:0.02wt％、P≤0.005wt％、S≤0.007wt％以及余量Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中浇铸钢锭后锻造为铸坯。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中先加热至1200℃保温2h进行均匀化处理，再进行热轧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中开轧温度为1150℃，终轧温度为900℃，轧制5-7道次。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中保温10min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4中C的配分温度为350℃，保温6min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4所得中锰钢中奥氏体体积分数为17～20％。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制得的两相区退火低温回火高强中锰钢，其特征在于，其屈服强度≥1000MPa，强塑积为～30GPa％。
10.权利要求1-8任一项所述的方法制得的两相区退火低温回火高强中锰钢在汽车制造中的应用。
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