一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法

2023-12-03 10:00:31

專利名稱：一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料熱處 理領域，涉及一種室溫組織組成為準再結晶鐵素體+碳化物+殘餘奧氏體以及極少量貝氏體/馬氏體的超高強度薄鋼板，及其採用的淬火和兩相區退火的生產方法。
背景技術：
自上世紀末開始，汽車的減排減重以及提高抗衝擊性成為汽車製造業的趨勢，為了達到這些目標，可以通過應用可成形的高強度鋼材和新的生產技術以及嚴格的結構設計，各大鋼鐵製造企業也開始研發新型汽車高強度用鋼。相變誘發塑性鋼是指鋼中存在多相組織的鋼。這些相通常為鐵素體、貝氏體、殘餘奧氏體和馬氏體。在形變過程中，穩定存在的殘餘奧氏體向馬氏體轉變時引起了相變強化和塑性增長，有利於均勻變形，實現了強度和塑性較好的統一，較好地解決了強度和塑性矛盾。為此殘餘奧氏體必須有足夠的穩定性，以實現漸進式轉變，一方面強化基體，另一方面提高均勻的伸長率，達到強度和塑性同步增加的目標。近年來，相變誘發塑性鋼的發展迅速。相變誘發塑性鋼主要用來製作汽車的擋板、底盤部件、車輪輪輞和車門衝擊梁等。傳統多邊形鐵素體基體相變誘發塑性鋼有著很好的成形性能和衝擊功吸收性能，但是其凸緣翻邊性能的低下制約了其在汽車製造方面上的發展。為此，貝氏體型鐵素體基體的相變誘發塑性鋼被開發出來，其規整精細的板條組織賦予了其優越的凸緣翻邊性能、高的疲勞強度以及衝擊吸收功，但是其總延伸率有所降低。原因在於高位錯密度的硬質基體以及基體內低的平均內應力，造成了變形初期加工硬化率的快速降低。專利CNlOl 191174A公開了抗拉強度750MPa級熱軋相變誘發塑性鋼及製造方法。此專利的鋼種成分中矽< O. 8%，並加入O. 8^2. 5%的鋁作為鐵素體形成元素。製備工藝上通過將軋後的鋼冷卻到奧氏體和鐵素體兩相區溫度區間，保證發生足夠的鐵素體相變。所以鋼板組織為鐵素體+貝氏體(馬氏體)+殘餘奧氏體的三相組織。由於組織中有強度較低的鐵素體相，此專利的鋼種的抗拉強度只有750MPa。專利CN101550514A公開了一種熱軋相變誘發塑性鋼板及其製備方法。成分中含有O. 6(Γθ. 70%的Si和(TO. 40%Nb。通過3飛個道次的粗軋和2個道次的精軋，獲得含有約50%的鐵素體+ 40%貝氏體+ 10%殘餘奧氏體的三相組織。由於組織組成以鐵素體為主，此專利的鋼種的抗拉強度最高只達到739MPa。專利CN102212657A公開了一種冷軋相變誘導塑性鋼的淬火配分生產方法。其特徵是將相變誘導塑性鋼冷軋板加熱到750-850°C，使其部分奧氏體化；快速冷卻至220-300°C，冷速 40-60°C /s，保溫 10_20s ;再加熱至 350-450°C，保溫 IO-IOOOs ;最後快速冷卻至室溫，得到室溫為鐵素體、馬氏體、殘餘奧氏體的復相組織。經性能檢測，屈服強度600-720MPa,抗拉強度960_1060MPa，延伸率20_25%。該發明加熱奧氏體化前的基體組織為冷軋後變形拉長的鐵素體+珠光體組織，室溫組織中有大量馬氏體，從而屈服強度較高。
申請公布號CN1018861661A的專利公開了熱軋相變誘發塑性鋼的生產方法。成分中含有I. 45%的Al作為鐵素體形成元素，獲得一定配比的鐵素體、貝氏體、殘餘奧氏體組成的三相組織。通過添加較高的合金元素A1提高A3溫度，並添加Nb，實現在97(T820°C，即A3和Ari溫度區間軋制，從而產生形變積累效應，使奧氏體發生形變誘導鐵素體相變，提高鋼的強度和韌性。此專利的鋼種的抗拉強度只達到855MPa。且由於需要在A3和Ari溫度區間累計大變形實現強化，對工業生產控制提出了嚴格要求。申請號CN101942601A的專利公開了一種含V熱軋相變誘發塑性鋼的製備方法。成分中含有O. 0Γ0. 06%Nb和O. 05 0. 15%V。通過兩種方法獲得800MPa級熱軋相變誘發塑性鋼。方法一是終軋後在740°C的保溫爐中保溫3分鐘，然後空冷至67(T690°C，之後水冷至40(T45(TC卷取；方法二是在74(T760°C終軋後水冷至40(T45(rC卷取 ；第一種方法在工業生產中較難實現，第二種方法終軋溫度低，增加了控制軋制難度。

發明內容
本發明的目的在於利用淬火與兩相區連續退火相結合的方法，生產一種汽車用強塑性優良的超高強度鋼。 為達到上述目的，本發明的技術方案是一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法，採用淬火加兩相區連續退火的工藝製備，其包括如下步驟I)將成分質量比為 C% :彡 O. 4，Si% 1. 5 2· 5，Mn% :1. 5 2. 5，P% S O. 015，S% (O. 015，Al% O. 07，其餘為Fe和不可避免的雜質的冷軋薄板加熱到915°C 960°C，保溫20 60分鐘，使其完全奧氏體化，隨後油淬得到板條馬氏體組織；2)對淬火板進行兩相區連續退火，加熱溫度在720°C 820°C，保溫20 60min，該步驟目的是將淬火後的板條馬氏體經加熱退火分解後獲得以準再結晶鐵素體為主的組織，且使得該準再結晶鐵素體組織遺傳有馬氏體的板條狀形貌特徵；同時，使得含有過飽和固溶碳的淬火馬氏體逆轉變形成一定量的奧氏體，並且在此過程中碳向奧氏體中富集。3)將薄鋼板再以大於30°C /s的冷卻速度冷到300°C 450°C保溫200 2000s，然後再以大於15°C /s的冷卻速度快冷到室溫。該步驟目的是使得步驟2)形成的奧氏體快速冷卻從而不發生高溫相變，冷卻到Ms點以上時保溫，使得碳向奧氏體中二次富集，最後控制冷速冷到室溫。本發明最大的特點是突破了傳統相變誘發塑性鋼的多邊形鐵素體基體或者貝氏體基體組織，使用了板條馬氏體在兩相區重新加熱時形成的準再結晶鐵素體組織。與其他相變誘發塑性鋼種的兩相區退火+貝氏體區等溫工藝相比，本發明在兩相區退火前為非平衡態組織-馬氏體，故兩相區等溫後得到的組織也不一樣，為精細規整的亞穩鐵素體板條。再通過在配分溫度的保溫隨後快冷到室溫，最後得到精細規整的板條準再結晶鐵素體基體，條間殘餘奧氏體和貝氏體/馬氏體第二相的混合組織，這種組織結構降低了基體的硬度以及基體和第二相之間的強度比，減少了基體的位錯密度，從而達到提高延伸率，保證高強度和好的凸緣翻邊性能的目的。最終性能滿足抗拉強度在IlOOMPa以上，延伸率彡20%。本發明採用淬火加兩相區連續退火配分工藝相結合的製備方法生產超高強薄鋼板，該工藝製備出的薄鋼板具有由準再結晶鐵素體、碳化物、殘餘奧氏體和極少量的貝氏體/馬氏體組織組成的復相組織，且準再結晶鐵素體組織具有板條狀形貌特徵。淬火得到板條馬氏體組織是本發明保證該鋼種具有優異強塑性的前提，準再結晶鐵素體具有板條狀形貌從而有利於提高薄鋼板的凸緣翻邊性能，兩次配分獲得的殘餘奧氏體保證了鋼板的塑性。本發明的有益效果I)具備優異的綜合力學性能。本發明涉及到的鋼種的抗拉強度為llOOMPa，總延伸率為20%ο2)本發明的熱處理工藝控制簡易可行，目前大部分工業生產線均能在現有的設備上進行生產。3)應用前景廣泛。本發明製備出的汽車高強鋼有利於後續的衝壓和擴孔等工藝，同時保證了高強鋼的力學性能，將其應用在汽車結構材料上，前景可觀。4)兼備傳統多邊形鐵素體基體TRIP鋼的力學性能和貝氏體基體TRIP鋼的凸緣翻邊性能。·


圖I為熱處理工藝示意圖。圖2為本發明實施例I的典型SEM組織圖。圖3為本發明實施例2的典型SEM組織圖。
具體實施例方式將表I所示成分的鑄坯，經過熱軋、冷軋得到所需要厚度的冷軋薄鋼板。表I為實施例的化學成分(質量百分數)表I實施例的化學成分(wt. %)
權利要求
1.一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法，其特徵在於製備步驟如下 1)將成分質量比為C0K O. 4，Si% 1. 5 2. 5，Mn% :1. 5 2. 5，P0K O. 015，S% (O. 015，Al % O. 07，其餘為Fe和不可避免的雜質的冷軋薄板加熱到915°C 960°C，保溫20 60分鐘，使其完全奧氏體化，隨後油淬得到板條馬氏體組織； 2)對淬火板進行兩相區退火，加熱溫度在700°C 80(TC，保溫15-20min，保證形成體積含量為10%-20%的逆轉變奧氏體，並且進行一次碳配分，然後以大於30°C /s的冷卻速度冷到Ms點以上的溫度，該溫度為300°C 450°C，保溫200 2000s，進行兩次碳配分處理，再以大於15°C /s的冷卻速度快冷到室溫。
2.如權利要求I所述的一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法，其特徵在於薄鋼板室溫組織組成為準再結晶鐵素體和碳化物>80%、殘餘奧氏體>10%和極少量不可避免的貝氏體/馬氏體組織。
3.如權利要求2所述的一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法，其特徵在於準再結晶鐵素體由淬火後的板條馬氏體經兩相區加熱退火分解後獲得，該鐵素體組織遺傳有馬氏體的板條狀形貌特徵。
4.如權利要求2所述的一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法，其特徵在於殘餘奧氏體由含有過飽和固溶碳的淬火馬氏體逆轉變而形成，並且經歷了兩次碳配分，第一次碳配分在兩相區進行，第二次碳配分在Ms點以上進行。
全文摘要
一種汽車用超高強薄鋼板的淬火退火製備方法，屬於金屬材料熱處理領域。首先將含有Si、Mn元素及Nb等微合金元素的低碳鋼冷軋薄板加熱到完全奧氏體區，奧氏體化後進行淬火熱處理，然後再加熱到兩相區使得淬火後的板條馬氏體分解，並部分逆轉變形成奧氏體，之後將薄鋼板快速冷卻到Ms點以上保溫進行二次配分，最後再快冷到室溫。該薄鋼板具有由準再結晶鐵素體、碳化物、殘餘奧氏體和極少量的貝氏體/馬氏體組織組成的復相組織，且退火後形成的準再結晶鐵素體組織遺傳有馬氏體的板條狀形貌特徵，有利於提高延伸率。該工藝製備的超高強鋼強塑積高，抗拉強度在1100MPa以上，延伸率為20%，強塑積達到22000MPa·%。
文檔編號C21D1/26GK102943169SQ20121052892
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者陳銀莉, 蘇嵐, 丁然, 程俊業, 趙愛民, 唐荻 申請人:北京科技大學