CN117926125A - 一种1.5GPa级别TRIP钢及提升其力学性能稳定的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超高强钢材料技术领域，具体涉及一种1.5GPa级别TRIP钢及提升其力学性能稳定的方法。方法至少包括对钢坯进行热轧、一次退火、一次冷轧、二次退火、二次冷轧、连续退火和过时效处理步骤。本发明提供的1.5GPa级别TRIP钢性能稳定性高，其屈强比稳定控制在0.69±0.015，屈服强度稳定控制在1045±20MPa，抗拉强度稳定控制在1535±30MPa，断后伸长率>14.0%，扩孔率λ≥28%，强塑积>22GPa·%。
Description
技术领域
本发明涉及超高强钢材料技术领域，具体涉及一种1.5GPa级别TRIP钢及提升其力学性能稳定的方法。
背景技术
近年来，国内外诸多研究学者将“TRIP效应”有效地应用于双相钢、贝氏体钢、淬火-配分钢、中锰钢等钢材，可为解决强度和塑性矛盾提供新方向，TRIP钢成为汽车用超高强钢领域的研究热点。
然而，当超高强TRIP钢的强度升高至1.5GPa时，组织中的硬相贝氏体组织比例大幅升高，材料的各项性能指标极不稳定，这难以满足汽车生产厂家对超高强钢成形性和塑性的指标要求。因此，目前急需解决超高强TRIP钢生产中存在的产品性能稳定性差的技术难题。
经检索，目前尚未有关于1.5GPa级别TRIP钢性能稳定性提升的方法的技术被公开。
发明内容
针对超高强TRIP钢生产中存在的产品性能稳定性差的技术问题，本发明提供一种1.5GPa级别TRIP钢及提升其力学性能稳定的方法。
第一方面，本发明提供一种力学性能稳定的1.5GPa级别TRIP钢，以质量百分比计，TRIP钢的化学元素组成为C：0.22%~0.25%、Mn：2.8%~3.2%、Si：0.5%~0.8%、Alt：1.0%~1.2%、Cr：0.60%~0.90%、Mo：0.26%~0.31%、Nb：0.05%~0.08%、B：0.003%~0.005%、P≤0.005%、S≤0.005%、O≤0.005%、N≤0.005%，余量为Fe及其他不可避免的杂质；
TRIP钢的屈强比稳定控制在0.69±0.015，屈服强度稳定控制在1045±20MPa，抗拉强度稳定控制在1535±30MPa，断后伸长率>14.0%，扩孔率λ≥28%，强塑积>22GPa·%；
TRIP钢的基本组织主要由铁素体、贝氏体和残留奥氏体组成，其中铁素体体积分数为10%~25%，贝氏体体积分数为70%~85%，残余奥氏体体积分数为5%~20%。
进一步的，TRIP钢的化学元素组成满足0.20<Cr/Mn<0.32且3.5%<Cr+Mn<3.9%，1.3<Alt/Si<2.3且1.6%<Alt+Si<1.9%，0.32%≤Mo+Nb≤0.36%。
第二方面，本发明提供一种提升1.5GPa级别TRIP钢力学性能稳定性的方法，至少包括对钢坯进行热轧、一次退火、一次冷轧、二次退火、二次冷轧、连续退火和过时效处理步骤，最终得到的TRIP钢的屈强比稳定控制在0.69±0.015，屈服强度稳定控制在1045±20MPa，抗拉强度稳定控制在1535±30MPa，断后伸长率>14.0%，扩孔率λ≥28%，强塑积>22GPa·%；TRIP钢的基本组织中铁素体体积分数为10%~25%，贝氏体体积分数为70%~85%，残余奥氏体体积分数为5%~20%。
进一步的，热轧开轧温度为1160±20℃，终轧温度为880±15℃，最后3道次的热轧压下率分别控制在>45%、>35%和>30%，热轧后钢板厚度为4.0~9.0mm；轧后以25~35℃/s的冷速将钢板冷却到580±20℃，置入580℃的保温炉中进行保温，保温时间为80±10min，然后将钢板随炉冷却至室温。
进一步的，热轧前首先将钢坯加热至均热温度1220±15℃，并保温60±10min。
进一步的，一次退火为将热轧钢板置于680℃的退火炉中保温8~10h；
一次冷轧的累积压下率控制在50%~60%，最后2道次冷轧压下率分别控制在>17%和>14%，冷轧后钢板厚度为2.0~4.2mm。
进一步的，二次退火为将一次冷轧得到的冷硬带钢置于680℃的退火炉中保温8~10h；
二次冷轧的累积压下率控制在50%~55%，最后2道次冷轧压下率分别控制在>16%和>13%，冷轧后钢板厚度为1.0~2.0mm。
进一步的，连续退火的退火均热温度为830±10℃，退火时间为90±20s，退火后以5~8℃/s的冷速冷却到缓冷温度700±10℃，然后以>35℃/s的冷速快速冷却到过时效温度390±10℃，过时效等温时间为120±20s。
本发明的有益效果在于：
（1）本技术发明的成分设计，在C-Si-Mn系低碳钢的成分设计基础上，满足0.20<Cr/Mn<0.32且3.5%<Cr+Mn<3.9%，1.3<Alt/Si<2.3且1.6%<Alt+Si<1.9%，0.32%≤Mo+Nb≤0.36%，这种成分调控更有利于提升1.5GPa级别TRIP钢的性能稳定性。
（2）本技术发明在热轧工序控制最后3道次的热轧压下率分别为>45%、>35%和>30%，能够增加并有效储存γ晶粒中的层错能和自由能，提高固溶原子的扩散速率，从而有利于增加在随后冷却和580℃保温过程中的相变驱动力，在细化热轧初始晶粒组织的同时，能够形成均质化的中温混合组织，这有益于提升1.5GPa级别TRIP钢的性能稳定性。
（3）本技术发明采用二次冷轧+二次未再结晶区退火的制备方法，保证一次冷轧最后2道次冷轧压下率分别控制在>17%和>14%，二次冷轧最后2道次冷轧压下率分别控制在>16%和>13%，可使得固溶原子充分扩散并细化连续退火前晶粒组织，同时增加并有效储存晶粒中累积畸变能，显著提高连续退火过程中的再结晶驱动力，并且提升相变组织的均匀性，这有益于提升1.5GPa级别TRIP钢的性能稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1制备的1.5GPa级别TRIP钢的典型微观扫描组织图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例
一种力学性能稳定的1.5GPa级别TRIP钢，以质量百分比计，TRIP钢的化学元素组成为C：0.22%~0.25%、Mn：2.8%~3.2%、Si：0.5%~0.8%、Alt：1.0%~1.2%、Cr：0.60%~0.90%、Mo：0.26%~0.31%、Nb：0.05%~0.08%、B：0.003%~0.005%、P≤0.005%、S≤0.005%、O≤0.005%、N≤0.005%，余量为Fe及其他不可避免的杂质，且满足0.20<Cr/Mn<0.32且3.5%<Cr+Mn<3.9%，1.3<Alt/Si<2.3且1.6%<Alt+Si<1.9%，0.32%≤Mo+Nb≤0.36%。
上述TRIP钢通过一种提升TRIP钢力学性能稳定性的方法制备得到，方法包括如下步骤：
（1）将钢坯加热至均热温度1220±15℃，均热段保温时间为60±10min，对钢坯进行热轧，热轧开轧温度为1160±20℃，终轧温度为880±15℃，最后3道次的热轧压下率分别控制在>45%、>35%和>30%，将钢坯轧制成4.0~9.0mm的钢板；轧后以25~35℃/s的冷速将钢板冷却到580±20℃，置入580℃的保温炉中进行保温，保温时间为80±10min，然后将钢板随炉冷却至室温。
（2）将上述热轧钢板进行一次退火，置入680℃的退火炉中保温8~10h；酸洗后进行一次冷轧，冷轧累积压下率控制在50%~60%，最后2道次冷轧压下率分别控制在>17%和>14%，得到2.0~4.2mm的冷硬带钢。
（3）将上述冷硬带钢进行二次退火，置入680℃的退火炉中保温6~8h；进行二次冷轧，冷轧累积压下率控制在50%~55%，最后2道次冷轧压下率分别控制在>16%和>13%，得到1.0~2.0mm的冷硬带钢。
（4）将上述冷硬带钢进行连续退火处理，退火均热温度为830±10℃，退火时间为90±20s；以5~8℃/s的冷速冷却到缓冷温度700±10℃，然后以>35℃/s的冷速快速冷却到过时效温度390±10℃，过时效等温时间为120±20s，最后将钢板空冷至室温，得到本发明的TRIP钢。
具体实施例1~6的化学成分如表1所示，各步骤具体参数如表2~4所示。
表1 实施例1~6成分（余量为Fe及其他不可避免的杂质，单位：wt%）
表2 实施例1~6中步骤（1）的具体参数
表3 实施例1~6中步骤（2）、步骤（3）的具体参数
表4 实施例1~6中步骤（4）的具体参数
对实施例1~6制备的1.5GPa级别TRIP钢取样进行力学性能测试，力学性能检测方法按照GB/T 228.1-2021《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》标准制备A 50拉伸试样，并在Zwick/Roell Z100型拉伸试验机上进行屈服强度、抗拉强度和断后伸长率（A 50）检测；按照GB/T 15825.4-2008《金属薄板成形性能与实验方法 第4部分：扩孔实验》标准制备成（150×150）mm样片，采用钻孔的加工方式制孔，然后进行扩孔实验以检测扩孔率λ。测试结果具体见表5。
表5 实施例1~6产品的力学性能检测结果
由表5可知，本发明实施例1~6制备得到的1.5GPa级别TRIP钢性能稳定性高，其屈强比稳定控制在0.69±0.015，屈服强度稳定控制在1045±20MPa，抗拉强度稳定控制在1535±30MPa，断后伸长率>14.0，扩孔率λ≥28%，强塑积>22GPa·%。
对实施例1~6制备的1.5GPa级别TRIP钢进行显微组织分析，并对各相体积分数进行计算，结果表明实施例1~6制备的1.5GPa级别TRIP钢产品组织由铁素体和贝氏体以及少量残留奥氏体组成，其中铁素体体积分数为10%~25%，贝氏体体积分数为70%~85%，残余奥氏体体积分数为5%~20%。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种1.5GPa级别TRIP钢，其特征在于，以质量百分比计，TRIP钢的化学元素组成为C：0.22%~0.25%、Mn：2.8%~3.2%、Si：0.5%~0.8%、Alt：1.0%~1.2%、Cr：0.60%~0.90%、Mo：0.26%~0.31%、Nb：0.05%~0.08%、B：0.003%~0.005%、P≤0.005%、S≤0.005%、O≤0.005%、N≤0.005%，余量为Fe及其他不可避免的杂质；
TRIP钢的屈强比稳定控制在0.69±0.015，屈服强度稳定控制在1045±20MPa，抗拉强度稳定控制在1535±30MPa，断后伸长率>14.0%，扩孔率λ≥28%，强塑积>22GPa·%；
TRIP钢的基本组织中铁素体体积分数为10%~25%，贝氏体体积分数为70%~85%，残余奥氏体体积分数为5%~20%。
2.如权利要求1所述的1.5GPa级别TRIP钢，其特征在于，TRIP钢的化学元素组成满足0.20<Cr/Mn<0.32且3.5%<Cr+Mn<3.9%，1.3<Alt/Si<2.3且1.6%<Alt+Si<1.9%，0.32%≤Mo+Nb≤0.36%。
3.一种提升1.5GPa级别TRIP钢力学性能稳定性的方法，至少包括对钢坯进行热轧、一次退火、一次冷轧、二次退火、二次冷轧、连续退火和过时效处理步骤，最终得到的TRIP钢的屈强比稳定控制在0.69±0.015，屈服强度稳定控制在1045±20MPa，抗拉强度稳定控制在1535±30MPa，断后伸长率>14.0%，扩孔率λ≥28%，强塑积>22GPa·%；TRIP钢的基本组织中铁素体体积分数为10%~25%，贝氏体体积分数为70%~85%，残余奥氏体体积分数为5%~20%。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，热轧开轧温度为1160±20℃，终轧温度为880±15℃，最后3道次的热轧压下率分别控制在>45%、>35%和>30%，热轧后钢板厚度为4.0~9.0mm；轧后以25~35℃/s的冷速将钢板冷却到580±20℃，置入580℃的保温炉中进行保温，保温时间为80±10min，然后将钢板随炉冷却至室温。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，热轧前首先将钢坯加热至均热温度1220±15℃，并保温60±10min。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，一次退火为将热轧钢板置于680℃的退火炉中保温8~10h；
一次冷轧的累积压下率控制在50%~60%，最后2道次冷轧压下率分别控制在>17%和>14%，冷轧后钢板厚度为2.0~4.2mm。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，二次退火为将一次冷轧得到的冷硬带钢置于680℃的退火炉中保温8~10h；
二次冷轧的累积压下率控制在50%~55%，最后2道次冷轧压下率分别控制在>16%和>13%，冷轧后钢板厚度为1.0~2.0mm。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，连续退火的退火均热温度为830±10℃，退火时间为90±20s，退火后以5~8℃/s的冷速冷却到缓冷温度700±10℃，然后以>35℃/s的冷速快速冷却到过时效温度390±10℃，过时效等温时间为120±20s。
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