一種高強度高塑性冷軋低碳鋼及其製備方法
2023-06-12 17:25:56 2
一種高強度高塑性冷軋低碳鋼及其製備方法
【專利摘要】一種高強度高塑性冷軋低碳鋼及其製備方法，屬於冶金【技術領域】，成分按重量百分比含C0.15~0.20%，Si1.3~1.5%，Mn1.3~1.5%，A10.15~0.2%，Nb0~0.05%，餘量為Fe及不可避免雜質，強塑積30~31GPa%；製備方法為：（1）冶煉並澆鑄製成鋼錠；（2）加熱至1200±10℃，保溫至少2h，然後鍛造成型；（3）加熱至1200±10℃，保溫至少2h，然後進行熱軋獲得熱軋板；（4）酸洗後冷軋製成冷軋板；（5）去除油汙，加熱至910±10℃保溫3~5min，水冷至室溫；（6）置於熔鹽鹽浴中保溫，置於混合鹽浴中淬火，置於混合鹽浴中保溫，水冷。本發明的高強度高塑性冷軋低碳鋼強度高，塑性好，合金元素總含量低，且軋後熱處理工藝較簡單。
【專利說明】一種高強度高塑性冷軋低碳鋼及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於冶金【技術領域】，特別涉及一種高強度高塑性冷軋低碳鋼及其製備方法。
【背景技術】
[0002]由於汽車行業節能、環保和安全性的要求不斷提高，許多機構致力於開發新一代輕質高強汽車用鋼。強塑積是衡量汽車用鋼性能的一個重要指標。第一代汽車用鋼強塑積較低(< 20GPa%);第二代汽車用鋼則由於合金含量過高而導致成本過高，且工藝性能較差；因為存在這些不利條件使這兩代汽車用鋼在使用上存在隱患或受到限制。近年來，許多學者加大了對Q-P鋼(低碳矽-錳系)的研究，此類鋼由於強塑積較高(彡20GPa%)且合金元素總含量較低而被認定為理想的新一代汽車用鋼。
[0003]典型的低碳矽錳系Q-P鋼含有1.5%左右的錳，主要因為錳是奧氏體穩定元素，可以提高奧氏體穩定性，進而提高室溫下鋼中殘餘奧氏體含量；矽的含量在l.(T2.0%，矽的存在有利於抑制配分階段(Partit1ning)滲碳體的析出，從而提高奧氏體的碳含量,但娃含量過高會降低Q-P鋼的表面質量和焊接性能。使鋼板在熱鍍鋅時鋅層的溼潤性變差，從而減弱了鋅層和基板之間的結合能力。鋁的作用與矽類似，且鋁的添加不會惡化鍍覆性能，因此鋁可以作為矽的替代元素。微合金元素Nb的加入對晶粒細化、強化基體起著顯著的作用，使工藝控制變得較容易，能夠在韌性不明顯下降的情況下進一步增加鋼的強度。
[0004]生產Q-P鋼典型的工藝路線主要分為熱軋和冷軋熱處理兩種。近十年來，國內外學者的研究領域主要集中在冷軋Q-P鋼的軋後熱處理。常規的冷軋Q-P鋼的熱處理工藝分為三步:(1)完全奧氏體化退火；(2)淬火至馬氏體轉變開始溫度(Ms)和結束溫度(Mf)之間的某一溫度，得到一定量的馬氏體和未轉變的奧氏體；(3)在淬火終點溫度(或高於此溫度)進行配分，使馬氏體中的過飽和碳向奧氏體擴散，使殘餘奧氏體富碳穩定；但通常這種工藝得到的Q-P鋼其強度非常高，但是塑性很差(< 15%)，因此對於低碳矽錳系Q-P鋼，其強塑積最高只能達到25GPa%，其性能還有待提高。
【發明內容】
[0005]針對上述技術問題，本發明提供一種高強度高塑性冷軋低碳鋼及其製備方法，通過合理設計成分，經熱軋-空冷-冷軋後，在Q-P處理之前添加完全奧氏體化淬火，製成高強度且高塑性的冷軋低碳鋼。
[0006]本發明的高強度高塑性冷軋低碳鋼的成分按重量百分比含C 0.15、.20%，Si1.3?1.5%，Mn 1.3?1.5%，Al 0.15?0.2%，Nb 0?0.05%，餘量為Fe及不可避免雜質，屈服強度730?750MPa，抗拉強度99(Tl020MPa，強塑積30?31GPa%，延伸率30?31%。
[0007]上述的高強度高塑性冷軋低碳鋼的組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體。
[0008]本發明的高強度高塑性冷軋低碳鋼的製備方法按以下步驟進行:
1、冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C 0.15^0.20%, Si 1.3?1.5%，Mn1.3?1.5%, Al 0.15?0.2%, Nb 0?0.05%，餘量為Fe及不可避免雜質；
2、將鋼錠加熱至1200± I (TC，保溫至少2h，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼坯；
3、將鋼坯加熱至1200±10°C，保溫至少2h，然後進行熱軋，開軋溫度1150± 10°C，終軋溫度彡900°C，總壓下率為70、0%，再空冷至室溫，獲得熱軋板；
4、將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為6(Γ80%，製成冷軋板；
5、去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910±10°C保溫:T5min，水冷至室溫，完成淬火；
6、將淬火後的冷軋板置於850±10°C的熔鹽鹽浴中保溫3?5min，然後置於220± 10°C的混合鹽浴中淬火至220±10°C，再置於400 ± I (TC的混合鹽浴中保溫50(T600s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼。
[0009]上述方法中，酸洗是用重量濃度10%的鹽酸溶液進行酸洗。
[0010]上述方法中的熔鹽鹽浴使用的熔鹽為NaCl熔鹽；混合鹽浴使用的熔鹽為KNO3-NaNO2混合熔鹽，KNO3的重量含量為45%，NaNO2的重量含量為55%。
[0011]上述方法中的去除冷軋板表面油汙是先用丙酮進行清洗去除油汙，然後用乙醇清洗表面，至冷軋板表面風乾後備用。
[0012]本發明的方法在Q-P處理之前添加完全奧氏體化淬火，主要是為了使Q-P處理前的實驗鋼為全馬氏體基體，由於馬氏體板條的尺寸較小，且內部的缺陷結構多，在後來的臨界區(850±10°C)退火中，缺陷位置有利於奧氏體形核，使奧氏體晶粒的尺寸明顯減少；同時，新形成的奧氏體和鐵素體晶粒能夠遺傳馬氏體板條的形狀。在Q-P處理後，得到尺寸更加細小的薄膜狀殘餘奧氏體和更細的板條馬氏體。由於殘餘奧氏體的穩定性和它的尺寸有關，尺寸越小，殘餘奧氏體的穩定性越高，能夠有更多的殘餘奧氏體保留至室溫。
[0013]本發明的高強度高塑性冷軋低碳(Pre-quenching andQuenching-Partit1ning, Q&Q-P)鋼強度高,塑性好,合金元素總含量低，且軋後熱處理工藝較簡單，是新一代的理想汽車用鋼。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1本發明實施例1中的熱處理工藝流程示意圖；
圖2本發明實施例中的高強度高塑性冷軋低碳鋼進行你試驗時製作的拉伸試樣圖；單位mm ；
圖3本發明實施例1中高強度高塑性冷軋低碳鋼及傳統技術製備的同成分冷軋鋼的掃描組織圖，圖中黑色組織為鐵素體，白亮色組織為板條馬氏體；圖中(a)為傳統技術製備的同成分冷軋鋼，(b)為高強度高塑性冷軋低碳鋼；
圖4本發明實施例中高強度高塑性冷軋低碳鋼及傳統技術製備的同成分冷軋鋼的透射組織圖；其中(a)、(b)為傳統技術製備的同成分冷軋鋼，(C)、(d)、(e)、(f)為高強度高塑性冷軋低碳鋼；
圖5本發明實施例1中高強度高塑性冷軋低碳鋼及傳統技術製備的同成分冷軋鋼的衍射圖譜；圖中Q-P為傳統技術製備的同成分冷軋鋼，Q&Q-P為高強度高塑性冷軋低碳鋼。
【具體實施方式】
[0015]本發明實施例中進行組織觀察採用的設備為德國蔡司的ULTRA-55型場發射掃描電子顯微鏡和荷蘭飛利浦電子光學公司的TECNA1-Q2-20型透射電子顯微鏡。
[0016]本發明實施例中採用的軋機是東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室自行設計的0 450mm的熱軋機組,最大軋制力為4000kN,軋制速度為(Tl.5m/s,主電機功率為 400kffo
[0017]本發明實施例中軋制表面溫度的測量採用日本產ICON手提式紅外測溫儀，高溫儀測溫範圍為60(T300(TC，低溫儀測溫範圍為-5(Tl000°C。
[0018]本發明實施例中軋後熱處理採用是箱式電阻爐，額定功率為8kW，額定電壓380V，額定溫度1350°C。
[0019]本發明實施例中採用的鹽浴爐為井式鹽浴爐，額定功率為7.5kW，額定電壓380V，額定溫度為1200°C。
[0020]本發明實施例中鹽浴採用的熔鹽為氯化鈉NaCl (臨界區退火高溫爐用)和55%亞硝酸鈉NaN02+45%硝酸鉀KNO3 (淬火爐和配分爐用)。
[0021]本發明實施例中，根據GB/T 228-2002 「金屬材料室溫拉伸試驗方法」將熱處理後的實驗鋼加工成拉伸試樣，尺寸如圖2所示，設定拉伸速度3mm/min，拉伸前先固定好電子引伸計，拉伸過程由電腦程式自動控制；沿軋制方向切取試樣，將切下的試樣用砂紙進行磨光；然後在電解拋光機上拋光，拋光液為40mL高氯酸、600mL酒精和20mL蒸餾水的混合溶液，拋光電壓為30V,拋光時間28s ;試樣在腐蝕之前先將試樣表面用無水乙醇衝洗,防止拋光磨料和雜質殘留於試樣表面；之後用吹風機吹乾，隨後進行腐蝕。
[0022]本發明實施例中，採用的腐蝕劑為4%的硝酸酒精，然後用場發射掃描儀和透射電鏡觀察產品的組織。
[0023]本發明實施例中的酸洗是用重量濃度10%的鹽酸溶液進行酸洗。
[0024]實施例1
冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C 0.15%，Si 1.3%，Mn 1.5%，Al 0.18%，Nb 0.05%，餘量為Fe及不可避免雜質；
將鋼錠加熱至1200±10°〇，保溫211，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼坯；將鋼坯加熱至1200±10°C，保溫2h，然後進行熱軋，開軋溫度1150±10°C，終軋溫度900°C，總壓下率為70%，再空冷至室溫，獲得熱軋板；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為80%，製成冷軋板；
去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910± 10°C保溫3min，水冷至室溫，完成淬火；
將淬火後的冷軋板置於850±10°C的熔鹽鹽浴中保溫3min，然後置於220±10°C的混合鹽浴中淬火至220± 10°C，再置於400土 10 V的混合鹽浴中保溫500s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼；其屈服強度730 MPa,抗拉強度1020MPa，強塑積30.6GPa%，延伸率30% ;組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體；組織掃描結果如圖3 (b)所示；透視掃描結果如圖4 (c)所示；
按上述成分製備冷軋板，然後採用傳統技術製備Q-P低碳冷軋鋼，其屈服強度700MPa，抗拉強度940MPa，延伸率20% ;組織掃描結果如圖3 Ca)所示；透視掃描結果如圖4 Ca)所
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[0025]實施例2 冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C 0.16%，Si 1.4%，Mn 1.4%，Al 0.16%，餘量為Fe及不可避免雜質；
將鋼錠加熱至1200±10°C，保溫2.5h，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼坯；將鋼坯加熱至1200±10°C，保溫3h，然後進行熱軋，開軋溫度1150±10°C，終軋溫度930°C，總壓下率為75%，再空冷至室溫，獲得熱軋板；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為75%，製成冷軋板；
去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910± 10°C保溫3min，水冷至室溫，完成淬火；
將淬火後的冷軋板置於850± 10°C的熔鹽鹽浴中保溫3min，然後置於220± 10°C的混合鹽浴中淬火至220 ± I (TC，再置於400 ± I (TC的混合鹽浴中保溫500 s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼；其屈服強度750 MPa,抗拉強度990MPa，強塑積30.7GPa%，延伸率31% ;組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體；透視掃描結果如圖4
(d)所示；
按上述成分製備冷軋板，然後採用傳統技術製備Q-P低碳冷軋鋼，其屈服強度690MPa，抗拉強度935MPa，延伸率20% ;透視掃描結果如圖4 (b)所示。
[0026]實施例3
冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C 0.18%, Si 1.5%,Mn 1.4%, Al 0.2%,Nb
0.03%，餘量為Fe及不可避免雜質；
將鋼錠加熱至1200±10°〇，保溫311，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼坯；將鋼坯加熱至1200±10°C，保溫3h，然後進行熱軋，開軋溫度1150±10°C，終軋溫度920°C，總壓下率為80%，再空冷至室溫，獲得熱軋板；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為70%，製成冷軋板；
去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910± 10°C保溫4min，水冷至室溫，完成淬火；
將淬火後的冷軋板置於850± 10°C的熔鹽鹽浴中保溫4min，然後置於220± 10°C的混合鹽浴中淬火至220± 10°C，再置於400土 10 V的混合鹽浴中保溫550s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼；其屈服強度740 MPa，抗拉強度1010 MPa，強塑積
30.3GPa%，延伸率30% ;組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體；透視掃描結果如圖4
(e)所示。
[0027]實施例4
冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C 0.19%，Si 1.4%，Mn 1.3%，Al 0.17%,Nb 0.02%，餘量為Fe及不可避免雜質；
將鋼錠加熱至1200±10°〇，保溫211，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼坯；將鋼坯加熱至1200± 10°C，保溫2.5h，然後進行熱軋，開軋溫度1150± 10°C，終軋溫度910°C，總壓下率為85%，再空冷至室溫，獲得熱軋板；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為65%，製成冷軋板；
去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910± 10°C保溫5min，水冷至室溫，完成淬火；
將淬火後的冷軋板置於850± 10°C的熔鹽鹽浴中保溫5min，然後置於220± 10°C的混合鹽浴中淬火至220 ± I (TC，再置於400 ± I (TC的混合鹽浴中保溫600 s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼；其屈服強度735MPa，抗拉強度1015MPa，強塑積
31.5GPa%，延伸率31% ;組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體；透視掃描結果如圖4(f)所示。
[0028] 實施例5
冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C 0.20%, Si 1.3%，Mn 1.3%，Al 0.15%，Nb 0.01%，餘量為Fe及不可避免雜質；
將鋼錠加熱至1200±10°C，保溫2.5h，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼坯；將鋼坯加熱至1200±10°C，保溫2h，然後進行熱軋，開軋溫度1150±10°C，終軋溫度9000C，總壓下率為90%，再空冷至室溫，獲得熱軋板；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為60%，製成冷軋板；
去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910± 10°C保溫3min，水冷至室溫，完成淬火；
將淬火後的冷軋板置於850± 10°C的熔鹽鹽浴中保溫3min，然後置於220± 10°C的混合鹽浴中淬火至220 ± I (TC，再置於400 ± I (TC的混合鹽浴中保溫500 s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼；其屈服強度745MPa，抗拉強度1000 MPa,強塑積31GPa%，延伸率31% ;組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體。
【權利要求】
1.一種高強度高塑性冷軋低碳鋼，其特徵在於成分按重量百分比含c 0.15、.20%，Si1.3?1.5%，Μη 1.3?1.5%，Α1 0.15?0.2%，Nb 0?0.05%，餘量為Fe及不可避免雜質，屈服強度730?750 MPa，抗拉強度990?1020 MPa，強塑積30?31GPa%，延伸率30?31%。
2.根據權利要求1所述的高強度高塑性冷軋低碳鋼，其特徵在於組織為鐵素體、板條馬氏體以及殘餘奧氏體。
3.—種權利要求1所述的高強度高塑性冷軋低碳鋼的製備方法，其特徵在於按以下步驟進行: (1)冶煉並澆鑄製成鋼錠，其成分按重量百分比含C0.15?0.20%, Si 1.3?1.5%，Μη1.3?1.5%, Α1 0.15?0.2%, Nb 0?0.05%，餘量為Fe及不可避免雜質； (2)將鋼錠加熱至1200±10°C，保溫至少2h，然後在95(Tl050°C範圍內鍛造成型獲得鋼還； (3)將鋼坯加熱至1200±10°C，保溫至少2h，然後進行熱軋，開軋溫度1150±10°C，終軋溫度彡900°C，總壓下率為7(Γ90%，再空冷至室溫，獲得熱軋板； (4)將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然後進行冷軋，總壓下率為6(Γ80%，製成冷軋板； (5)去除冷軋板表面油汙，然後加熱至910±10°C保溫3?5min，水冷至室溫，完成淬火； (6)將淬火後的冷軋板置於850±10°C的熔鹽鹽浴中保溫3?5min，然後置於220±10°C的混合鹽浴中淬火至220±10°C，再置於400±10°C的混合鹽浴中保溫50(T600s，取出後水冷至室溫，獲得高強度高塑性冷軋低碳鋼。
4.根據權利要求3所述的高強度高塑性冷軋低碳鋼的製備方法，其特徵在於熔鹽鹽浴使用的熔鹽為NaCl熔鹽；混合鹽浴使用的熔鹽為KN03-NaN02混合熔鹽，ΚΝ03的重量含量為45%，NaN02的重量含量為55%。
【文檔編號】C21D8/02GK104404367SQ201410749643
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】張君, 丁樺, 唐正友, 王超 申請人:東北大學