專利名稱：一種熱軋高強低合金多相鋼及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種熱軋低合金鋼及其制備方法，特別涉及具有高強度并且塑性較好 的熱軋高強低合金多相鋼。
背景技術：
具有TRIP 效應的多相鋼(transformation induced plasticity，相變誘發塑性 鋼)是一種兼具高強度、高延伸率的新型汽車用鋼，其強度和塑性與傳統汽車用鋼及雙相鋼 相比，優勢十分明顯。TRIP鋼是一種多相鋼，其顯微組織主要由鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體 及少量馬氏體組成。TRIP鋼制備工藝中關鍵步驟之一是獲得鐵素體(體積分數為40%-60%) 和奧氏體的混合組織。在現有的冷軋和熱軋TRIP鋼生產工藝中，冷軋工藝通過冷軋后的臨 界區退火得到鐵素體和奧氏體的混合組織。這方面的研究較多，工藝也比較成熟，并已在工 業領域實際應用。但該工藝繁瑣，總體能耗較高。而熱軋工藝一般都是終軋后控制隨后的 冷卻過程，從而得到一定體積分數的鐵素體和奧氏體的混合組織，雖然可以簡化工藝，但必 須嚴格控制冷卻速度或冷卻過程才能控制鐵素體的含量，工藝穩定性較差，對設備的要求 也較高。針對上述問題，發明人提出了一種基于過冷奧氏體動態相變的熱軋低硅TRIP鋼 技術(孫祖慶，楊王玥等，一種熱軋低硅多相鋼的制備方法，發明專利ZL200710100399.0)， 該方法工藝簡單，工藝穩定性好，易于在工業生產中實現，由此制備的熱軋低硅TRIP鋼表 現出優異的力學性能。用上述方法制備得到的低硅C-Al-Si-Mn系TRIP鋼的屈服強度 為460MPa，抗拉強度為780MPa，延伸率為32%，強塑積可達M960MPaX% (尹云洋，楊王 玥，李龍飛，孫祖慶，王西濤.基于動態相變的熱軋TRIP鋼組織及性能研究.金屬學 報，2008，44(11)，1299-1304)。而用上述方法制備得到的常規C-Si-Mn系TRIP鋼(合 金成分，以質量分數計，0. 20%C, 1. 60%Si, 1. 50%Mn，其余為Fe)的屈服強度為530MPa，抗拉 強度為890MPa，延伸率為沈％，強塑積為23140MPaX% (尹云洋，楊王玥，李龍飛，孫祖 慶，王西濤.基于動態相變的熱軋TRIP鋼組織及性能研究.金屬學報，2008，44(11)， 1299-1304)。可見，以Al部分替代Si以后，雖然作為TRIP鋼重要力學性能指標的延伸率 及強塑積提高了，但是其屈服強度和抗拉強度明顯下降。作為結構材料，在很多場合需要鋼材具有更高的強度且具有較好的塑性。為此，有 必要開發出比上述熱軋TRIP鋼的強度更高并且延伸率較好的低合金多相鋼。

發明內容
本發明的目的是提供一種熱軋低合金多相鋼，通過在普通C-Si-Mn系TRIP鋼的 基礎上提高硅、錳元素的含量，并通過奧氏體區保溫、過冷奧氏體區變形及貝氏體區等溫處 理，獲得顯微組織為一定配比的鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體及馬氏體的熱軋多相鋼。制備 過程工藝流程簡捷，而且所得熱軋多相鋼具有高的強度和較好的塑性，即良好的強度與塑 性配合。
本發明的熱軋低合金多相鋼的化學組成以質量百分數計為C: 0. 18、.25%; Si: 1. 9 2. 3% ；Mn:1. 9 2. 3% ； P:彡 0. 0052% ；S: <0. 0053% ；其余為 Fe ；其顯微組織組成， 以體積分數計，鐵素體為30%飛0%，貝氏體為259Γ50%，殘余奧氏體為69Γ15%，馬氏體為 6% 30% ；其屈服強度高于800MPa，抗拉強度高于llOOMPa，延伸率在20%左右。本發明的熱軋低合金多相鋼的實施步驟為將上述合金成分范圍內的鋼加熱到 95(T1250°C范圍內的奧氏體化溫度Tl，保溫5-120分鐘的時間tl，以充分奧氏體化，隨后以 50C /s^200C /s的速度Cl冷卻到溫度區間T2 T3內，其中T2處于A3到A3以下10°C范圍內， T3處于Ar3以上10°C到Ar3范圍內，在此溫度范圍內以0. δ ^ΙΟ Γ1的應變速率實施廣4道 次變形，各道次間隔時間小于10秒，控制各道次形變量處于209Γ70%范圍內，生成體積分數 為20 60%的鐵素體后，立刻以1(T50°C /s的速度C2冷卻到貝氏體相變區400°C 500°C范 圍內的溫度T4進行等溫處理，等溫時間為廣30分鐘，最后水冷或空冷到室溫。在上述方法中，冷速Cl由熱膨脹法測定，在該冷速下，Ar3溫度在A3溫度以下的 10(T300°C 范圍內。本發明的主要特點是1)通過提高硅、錳元素的含量，得到細小均勻的奧氏體 晶粒。2)通過過冷奧氏體區變形，利用過冷奧氏體動態相變獲得一定量(以體積分數計， 20^60%)的鐵素體；并且由于硅、錳元素的固溶拖曳作用，獲得的鐵素體晶粒尺寸細小，在 1. 0^3. 0 μπι范圍內。3)通過貝氏體等溫處理，使未相變奧氏體的大部分轉變為無碳貝氏 體(以體積分數計，259Γ509Ο，其余的未相變奧氏體在冷卻至室溫后成為殘余奧氏體及一定 量的馬氏體。與現有技術相比，本發明通過提高硅、錳元素并合理設計熱機械處理工藝，能夠適 于工業實際的制備工藝，可以制備出強度更高并且塑性較好的熱軋多相鋼。


圖1是熱變形工藝示意圖。圖2是實施例1熱軋工藝制備的多相鋼的顯微組織。圖3是實施例2熱軋工藝制備的多相鋼的顯微組織。圖4是實施例3熱軋工藝制備的多相鋼的顯微組織。圖5是實施例4熱軋工藝制備的多相鋼的顯微組織。
具體實施例方式實施例1
選用化學成分按質量百分數為0. 20%C、2. 06%Mn、l. 98%Si，0. 0052% Ρ,Ο. 0053% S，余 量為Fe的合金鋼。該鋼的A3溫度為843°C。制備工藝如圖1所示將該鋼在1000°C保溫 5min后，以5°C /s的速度冷卻到780°C(用熱膨脹法測得此時鋼的Ar3為627°C )，以Is—1的 應變速率變形50%。然后，以30°C /s的速度冷卻到400°C并保溫3分鐘，水冷到室溫，得到 的多相鋼組織如圖2所示。其中，鐵素體的體積分數約為32%，晶粒尺寸在1. 5 2. 5 μ m范圍 內，貝氏體的體積分數約為49%，殘余奧氏體的體積分數約為12%，馬氏體的體積分數約為 6%。其屈服強度為823MPa，抗拉強度為1180MPa，延伸率為21%，強塑積為24780MPaX%。實施例2選用化學成分按質量百分數為0. 20%C、2. 06%Mn、l. 98%Si，0. 0052% Ρ,Ο. 0053% S，余 量為Fe的合金鋼。該鋼的A3溫度為843°C。制備工藝如圖1所示將該鋼在1100°C保溫 5min后，以10°C /s的速度冷卻到750°C (用熱膨脹法測得此時鋼的Ar3為627°C)，以5s—1 的應變速率變形兩道次，每道次變形30%。然后，以25°C /s的速度冷卻到400°C并保溫3 分鐘，水冷到室溫，得到的多相鋼組織如圖3所示。其中，鐵素體的體積分數約為49%，晶粒 尺寸在1. 5^2. 5 μ m范圍內，貝氏體的體積分數約為觀％，殘余奧氏體的體積分數約為10%， 馬氏體的體積分數約為13%。其屈服強度為820MPa，抗拉強度為1321MPa，延伸率為19%，強 塑積為 236!35MPaX%。實施例3
選用化學成分按質量百分數為:0. 21%C、2. 20%Μη、2· 03%Si，0. 0047% Ρ,Ο. 0043% S，余 量為Fe的合金鋼。該鋼的A3溫度為840°C。制備工藝如圖1所示將該鋼在1200°C保溫 IOmin后，以15°C /s的速度冷卻到750°C(用熱膨脹法測得此時鋼的Ar3為610°C),以15s—1 的應變速率變形兩道次，每道次變形50%。然后，以15°C /s的速度冷卻到450°C并保溫7 分鐘，水冷到室溫，得到的多相鋼組織如圖4所示。其中，鐵素體的體積分數約為47%，晶粒 尺寸在1. 5^2. 5 μ m范圍內，貝氏體的體積分數約為25%，殘余奧氏體的體積分數約為8%，馬 氏體的體積分數約為20%。其屈服強度為805MPa，抗拉強度為1317MPa，延伸率為18%，強塑 積為 23706MPaX%。實施例4
選用化學成分按質量百分數為:0. 21%C、2. 20%Μη、2· 03%Si，0. 0047% Ρ,Ο. 0043% S，余 量為Fe的合金鋼。該鋼的A3溫度為840°C。制備工藝如圖1所示將該鋼在1050°C保溫 5min后，以5°C /s的速度冷卻到780°C(用熱膨脹法測得此時鋼的Ar3為610°C )，以5s—1的 應變速率變形三道次，每道次變形30%。然后，以10°C /s的速度冷卻到450°C并保溫5分 鐘，水冷到室溫，得到的多相鋼組織如圖5所示。其中，鐵素體的體積分數約為50%，晶粒尺 寸在1. 5^2. 5 μ m范圍內，貝氏體的體積分數約為22%，殘余奧氏體的體積分數約為8%，馬氏 體的體積分數約為20%。其屈服強度為810MPa，抗拉強度為1256MPa，延伸率為18%，強塑積 為 22608MPaX%。上述熱軋高強低合金多相鋼的制備工藝簡單、工藝穩定性好，易于在工業生產中 實現。
權利要求
1.一種熱軋低合金多相鋼，其特征在于，多相鋼的化學成分組成，以質量百分數計，為 C:0. 18 0. 25% ；Si: 1. 9 2. 3% ；Mn:1. 9 2. 3% ； P:彡 0. 0052% ；S: <0. 0053% ；其余為 Fe。
2.一種熱軋低合金多相鋼的制備方法，其特征在于，制備的步驟為將權利要求1所述 的鋼加熱到95(Tl250°C范圍內的奧氏體化溫度Tl，保溫5-120分鐘的時間tl，使鋼充分奧 氏體化，隨后以5°C /s^20°C /s的速度Cl冷卻到溫度區間T2 T3內，其中Τ2處于A3到A3 以下10°C范圍內，Τ3處于Ar3以上10°C到Ar3范圍內，在此溫度范圍內以0.5s—1 30s—1的應 變速率實施廣4道次變形，各道次間隔時間小于10秒，控制各道次形變量處于209Γ70%范 圍內，生成體積分數為20%飛0%的鐵素體后，立刻以1(T50°C /s的速度C2冷卻到貝氏體相 變區400°C飛00°C范圍內的溫度T4進行等溫處理，等溫時間為廣30分鐘，最后水冷或空冷 到室溫。
3.如權利要求2所述的熱軋高強低合金多相鋼的制備方法，其特征在于，冷速Cl由熱 膨脹法測定，在C1冷速下，Ar3溫度在A3溫度以下的10(T300°C范圍內。
全文摘要
一種熱軋高低合金多相鋼及其制備方法，涉及制備具有高強度并且塑性較好的熱軋低合金鋼，制備的步驟為將高硅高錳鋼加熱到950~1250℃范圍內的奧氏體化溫度保溫以充分奧氏體化，隨后以5℃/s~20℃/s的速度C1冷卻到A3至Ar3范圍內，在此溫度范圍內以0.5s-1~30s-1的應變速率實施1~4道次變形，控制各道次間隔時間和形變量，生成體積分數為20%~60％的鐵素體后，立刻以10~50℃/s的速度冷卻到貝氏體相變區400℃~500℃范圍內進行等溫處理。本發明制備的熱軋高強低合金多相鋼的屈服強度高于800MPa，抗拉強度高于1100MPa，延伸率在20%左右。
文檔編號C21D8/00GK102140606SQ20111006461
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者孫祖慶, 張曉菁, 李龍飛, 楊王玥 申請人:北京科技大學