專(zhuān)利名稱(chēng)：一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼鐵材料的制造方法，特別涉及一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性(TRIP)鋼板及制備方法。
背景技術(shù)：
作為先進(jìn)高強(qiáng)度汽車(chē)板的代表，TRIP鋼板具有高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，延展性強(qiáng)，沖壓成形能力高，可沖制較復(fù)雜的零件，還具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，會(huì)通過(guò)自身形變來(lái)吸收能量，而不向外傳遞。由于其獨(dú)特的強(qiáng)韌化機(jī)制和高的強(qiáng)韌性，被公認(rèn)為是新一代汽車(chē)用高強(qiáng)度鋼板?？捎糜谄?chē)吸收碰撞能量的部件，例如，保險(xiǎn)杠和保險(xiǎn)杠加強(qiáng)筋、撞擊橫梁，前后懸架支撐，發(fā)動(dòng)機(jī)室兩側(cè)的縱梁鋼板，車(chē)門(mén)坎板，底盤(pán)結(jié)構(gòu)件以及其他相關(guān)部件等等。在提高安全性的同時(shí)，還會(huì)避免車(chē)身增重。同傳統(tǒng)鋼板相比，用TRIP鋼板制造的零件重量減輕約12 %，而車(chē)重減輕10 %，可降低油耗3 % 7 %，同時(shí)廢氣的排放量也減少，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，整體經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。生產(chǎn)TRIP鋼板典型的工藝路線主要分為熱軋和冷軋熱處理兩種，鋼板組織組成主要是鐵素體00-60% )、貝氏體(10-40% )和殘余奧氏體(5-15% )，以及極少量的馬氏體。由于以軟的鐵素體為基體，硬的貝氏體和亞穩(wěn)的殘余奧氏體分布在鐵素體基體上，TRIP 鋼板的強(qiáng)度一般為600 800MPa，IOOOMPa以上的超高強(qiáng)度TRIP鋼的生產(chǎn)還存在很大困難。熱軋TRIP鋼相對(duì)于冷軋熱處理工藝生產(chǎn)的TRIP鋼，可節(jié)約能源，降低成本，簡(jiǎn)化工藝。專(zhuān)利CNlOl 191174A公開(kāi)了抗拉強(qiáng)度750MPa級(jí)熱軋相變誘發(fā)塑性鋼及制造方法。 此專(zhuān)利的鋼種成分中硅< 0. 8%，并加入0. 8 2. 5%的鋁作為鐵素體形成元素。制備工藝上通過(guò)將軋后的鋼冷卻到奧氏體和鐵素體兩相區(qū)溫度區(qū)間，保證發(fā)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)+殘余奧氏體的三相組織。由于組織中有強(qiáng)度較低的鐵素體相，此專(zhuān)利的鋼種的抗拉強(qiáng)度只有750MPa。專(zhuān)利CN1076223A公開(kāi)了熱軋低合金高強(qiáng)度鋼板及其制備工藝，利用殘余奧氏體的TRIP效應(yīng)獲得具有良好強(qiáng)度及塑性的低合金高強(qiáng)度鋼板。其鋼種成分為0. 20 0. 40% C，1.5 2. Si，1.0 2.0% Mn。熱軋后鋼板組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體的三相組織。為了保證鋼板塑性值及強(qiáng)度-塑性匹配指數(shù)，其軋后冷卻速度控制范圍為15 400C /s，超過(guò)這一范圍后則塑性銳減。此專(zhuān)利的鋼種的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到lOOOMPa。該方法中，為了保證殘余奧氏體的含量，添加了較多的C和Si，在其實(shí)施例中，C含量達(dá)到0. 32%, Si含量達(dá)到2. 0%以上。高的Si含量對(duì)于鋼板的表面質(zhì)量是不利的。申請(qǐng)公布號(hào)CN1018861661A的專(zhuān)利公開(kāi)了熱軋相變誘發(fā)塑性鋼的生產(chǎn)方法。成分中含有1.45%的Al作為鐵素體形成元素，獲得一定配比的鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體組成的三相組織。通過(guò)添加較高的合金元素A1提高A3溫度，并添加Nb，實(shí)現(xiàn)在970 820°C， 即A3和Α 3溫度區(qū)間軋制，從而產(chǎn)生形變積累效應(yīng)，使奧氏體發(fā)生形變誘導(dǎo)鐵素體相變，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。此專(zhuān)利的鋼種的抗拉強(qiáng)度只達(dá)到855MPa。且由于需要在A3和Art溫度區(qū)間累計(jì)大變形實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)控制提出了嚴(yán)格要求。
專(zhuān)利CN1207143A公開(kāi)了生產(chǎn)高強(qiáng)度和高成形性的含銅熱軋相變誘生塑性鋼的方法。成分中含有0. 02 0. 10% A1、0. 6 2. 0% Cu和0. 6 2. 0% Ni合金元素，利用Cu 的沉淀強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度，獲得鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體構(gòu)成的三相結(jié)構(gòu)，或粒狀結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)公布號(hào)CN101942600A的專(zhuān)利公開(kāi)了一種高強(qiáng)度高塑性中錳TRIP熱軋鋼板的制備方法。成份中含有5 10%的Mn和0.01 0. 10%的Nb。熱軋后需要在加熱爐中 600 850°C溫度區(qū)間保溫l_24h。專(zhuān)利CN101058863A公開(kāi)了一種熱軋低硅多相鋼及其制備方法。成分中含有0. 8 1. 2%的Al作為鐵素體形成元素，獲得的組織為鐵素體40 60%，貝氏體30 45%，殘余奧氏體為8 15%。該發(fā)明強(qiáng)調(diào)將奧氏體過(guò)冷至A3 Ari的溫度區(qū)間實(shí)施1 3道次變形，通過(guò)累積軋制壓下量來(lái)控制鋼中的鐵素體含量。變形后需進(jìn)行等溫處理3 30min。專(zhuān)利CN101550514A公開(kāi)了一種熱軋相變誘發(fā)塑性鋼板及其制備方法。成分中含有0. 60 0. 70%的Si和0 0. 40% Nb。通過(guò)3 5個(gè)道次的粗軋和2個(gè)道次的精軋，獲得含有約50%的鐵素體+40%貝氏體+10%殘余奧氏體的三相組織。由于組織組成以鐵素體為主，此專(zhuān)利的鋼種的抗拉強(qiáng)度最高只達(dá)到739MPa。申請(qǐng)?zhí)朇N101942601A的專(zhuān)利公開(kāi)了一種含V熱軋相變誘發(fā)塑性鋼的制備方法。成分中含有0. 01 0. 06% Nb和0. 05 0. 15% V。通過(guò)兩種方法獲得800MPa級(jí)熱軋相變誘發(fā)塑性鋼。方法一是終軋后在740°C的保溫爐中保溫3分鐘，然后空冷至670 690°C，之后水冷至400 450°C卷??；方法二是在740 760°C終軋后水冷至400 450°C卷取；第一種方法在工業(yè)生產(chǎn)中較難實(shí)現(xiàn)，第二種方法終軋溫度低，增加了控制軋制難度。專(zhuān)利CN101297049A公開(kāi)了一種用于制造具有多相組織的熱軋帶材的方法。成分中含有0. 12 0. 25% C、0. 05 1. 8% Si和1. 0 2. 0% Mn，通過(guò)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線 (CSP)獲得由40 70%鐵素體、15 45%貝氏體及5 20%殘余奧氏體構(gòu)成的三相組織。 該方法中需要在緊靠Art溫度之上的770 830°C之間進(jìn)行最后變形，且有控制的分兩級(jí)冷卻，以便保證在650 730°C的鐵素體區(qū)域中停留一段時(shí)間以保證獲得至少40%的鐵素體。專(zhuān)利CN101082100A公開(kāi)了延伸凸緣性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋼板。采用連續(xù)退火工藝獲得抗拉強(qiáng)度980MPa以上、以貝氏體鐵素體為母相的TRIP鋼板，組織為貝氏體鐵素體70% 以上，殘留奧氏體2 20%，多邊鐵素體和準(zhǔn)多邊鐵素體合計(jì)為15%以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板及制備方法。本發(fā)明利用含硅鋼中容易形成無(wú)碳化物貝氏體的特性，在普通Si-Mn系TRIP鋼中加入適量Mo元素，用于抑制多邊形鐵素體的形成，促進(jìn)無(wú)碳化物貝氏體組織的形成；并將C 含量控制在較低范圍，有利于提高鋼板焊接性能。通過(guò)控制軋制獲得顯微組織為無(wú)碳化物貝氏體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼。其TRIP效應(yīng)由無(wú)碳化物貝氏體組織中存在于鐵素體板條束間的富碳?xì)堄鄪W氏體產(chǎn)生。Mo元素的加入會(huì)提高鋼的淬透性，熱軋鋼板經(jīng)過(guò)冷卻后顯微組織中也可能出現(xiàn)極少量的馬氏體組織，這種組織對(duì)鋼的塑性不利，因此必須控制其體積百分比在5%以下。本發(fā)明的鋼種成分經(jīng)濟(jì)，熱軋和軋后冷卻工藝簡(jiǎn)單易行。按本發(fā)明方法生產(chǎn)的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1170MPa，延伸率達(dá)到21%，強(qiáng)塑積達(dá)到 25000MPa · %。鋼板同時(shí)具備高強(qiáng)度和高塑性的特點(diǎn)，適合應(yīng)用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)件和安全件。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)的成分按質(zhì)量百分比為 0. 15 0. 25% C、1.0 2. 0% Si、1. 0 2. 0% Mn、0. 1 0.5% Mo，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。C:TRIP鋼所有的合金元素中，C對(duì)殘余奧氏體穩(wěn)定性的影響最大，并決定著TRIP 鋼的性能。C是一種奧氏體穩(wěn)定化元素，能擴(kuò)大Y相區(qū)，在較寬的溫度范圍內(nèi)促進(jìn)奧氏體的生成。Y相區(qū)的擴(kuò)大，可增加固溶時(shí)奧氏體中的C含量。本發(fā)明中C的控制范圍為 0. 15-0. 25%。碳含量過(guò)低，無(wú)法保證鋼板的強(qiáng)度；反之，過(guò)高的C含量會(huì)促使富碳奧氏體中析出碳化物，則形成羽毛狀上貝氏體，并且高含碳量對(duì)鋼板焊接性能不利。Si =Si是非碳化物形成元素，能顯著阻礙滲碳體析出。形成碳化物時(shí)，硅需要擴(kuò)散開(kāi)，但溫度低又不容易擴(kuò)散，故延遲滲碳體形成。含硅鋼中貝氏體形成時(shí)，鐵素體首先形核長(zhǎng)大，形成板條束形態(tài)，此時(shí)，由于硅的存在，鐵素體周?chē)膴W氏體富碳，但難以析出碳化物，因此，在板條束間存在的富碳奧氏體膜被穩(wěn)定，而以殘余奧氏體形式保留下來(lái)，最終得到無(wú)碳化物貝氏體組織。另外，Si還是一種較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化元素，可顯著提高鋼的強(qiáng)度。本發(fā)明中Si的控制范圍為1.0 2.0%。Mn 錳起到奧氏體穩(wěn)定劑的作用，因而能夠降低殘余奧氏體的Ms溫度。Mn能降低滲碳體的開(kāi)始析出溫度，降低C在鐵素體和奧氏體中的活度系數(shù)，增大C在鐵素體中的溶解。但太多含量的錳(> 2. 5% )會(huì)使殘余奧氏體的穩(wěn)定性大大提高，以致存在較高的塑性變形時(shí)殘余奧氏體也不會(huì)發(fā)生相變，對(duì)提高工件的延展性不利。本發(fā)明中，Mn的含量控制在-2%之間，有利于增加奧氏體的穩(wěn)定性，提高組織中殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)。Mo 鉬擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，降低相變溫度、推遲奧氏體到多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變，使C 曲線右移，但不明顯推遲貝氏體轉(zhuǎn)變，促使單一針狀鐵素體形成，所以過(guò)冷奧氏體得以直接在低冷速下向貝氏體轉(zhuǎn)變。鉬通過(guò)再結(jié)晶和在鋼板中析出時(shí)很強(qiáng)的溶解牽制作用來(lái)影響相變，更重要的是，鉬可以提高碳在奧氏體中的溶解度，降低碳化物沉積作用的驅(qū)動(dòng)力，使其沉積擴(kuò)散作用明顯減弱。本發(fā)明中，鉬含量控制在0. 1 0. 5%。本發(fā)明所述的制備方法，包括如下步驟(1)按下述成分(質(zhì)量百分比)冶煉，獲得原料鋼坯0.15 0.25% C、L0 2. 0% SiU. 0 2. 0% Mn、0. 1 0. 5% Mo，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。(2)將鋼坯加熱到1200士 10°C保溫1小時(shí)，之后分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行多道次的控制軋制，開(kāi)軋溫度為1100°c，終軋溫度為920 880°C。(3)將軋后的鋼板以不低于50°C /s的冷速水冷至貝氏體轉(zhuǎn)變溫度380 420°C保溫30 60min后空冷或卷取后空冷，最終獲得熱軋鋼板。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分利用無(wú)碳化物貝氏體具有高強(qiáng)度和高韌性組合的特點(diǎn)，在普通Si-Mn系TRIP鋼中加入適量Mo元素，通過(guò)多道次的控制軋制獲得顯微組織為無(wú)碳化物貝氏體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼。本發(fā)明利用貝氏體基體取代現(xiàn)有技術(shù)中的鐵素體基體，獲得高強(qiáng)度；利用無(wú)碳化物貝氏體組織中存在于鐵素體板條束間的富碳?xì)堄鄪W氏體產(chǎn)生TRIP效應(yīng)，使鋼板獲得高的強(qiáng)塑積。本發(fā)明的工藝控制簡(jiǎn)單易行。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的典型金相組織圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的典型金相組織圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的典型金相組織圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的典型金相組織圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施例參見(jiàn)表1 3，表1為實(shí)施例的化學(xué)成分，表2為實(shí)施例所采用的工藝參數(shù)，表3為實(shí)施例力學(xué)性能，圖1 4為實(shí)施例的典型金相組織圖。表1實(shí)施例的化學(xué)成分(wt
權(quán)利要求
1.一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板，其特征在于該鋼板的成分按質(zhì)量百分比為0. 15 0. 25%C、1. 0 2. 0%Si、l. 0 2. 0%Μη、0. Γθ. 5%Mo、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)， 該熱軋鋼板的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1170MPa，延伸率達(dá)到21%，強(qiáng)塑積達(dá)到25000MPa · %。
2.如權(quán)利要求1所述的一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板，其特征在于所述熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板的顯微組織為無(wú)碳化物貝氏體和馬氏體，所述無(wú)碳化物貝氏體的體積百分比為95 100%，所述馬氏體體積百分比為5%以下。
3.如權(quán)利要求1所述的一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板，其特征在于其 TRIP效應(yīng)由無(wú)碳化物貝氏體組織中的富碳?xì)堄鄪W氏體產(chǎn)生，富碳?xì)堄鄪W氏體存在于無(wú)碳化物貝氏體組織中的鐵素體板條束間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板的制備方法，以下列步驟進(jìn)行(1)將下述成分的鋼冶煉成原料鋼坯，其成分按質(zhì)量百分比為0.151.25% C、 1. 0 2. 0%Si、l. 0 2. 0 %Μη、0. Γθ. 5 %Μο，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；(2)將鋼坯加熱到1200士10°C保溫1小時(shí)，之后分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行多道次的控制軋制，開(kāi)軋溫度為1100°C，終軋溫度為92(T880°C ；(3)將軋后的鋼板以不低于50°C/s的冷速水冷至貝氏體轉(zhuǎn)變溫度38(T420°C保溫 3(T60min后空冷或卷取后空冷，最終獲得熱軋鋼板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種貝氏體基體的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼板及制備方法。其的顯微組織為無(wú)碳化物貝氏體，也可以有極少量馬氏體。其TRIP效應(yīng)由無(wú)碳化物貝氏體組織中存在于鐵素體板條束間的富碳?xì)堄鄪W氏體產(chǎn)生。該鋼板的成分按質(zhì)量百分比為0.15~0.25%C、1.0~2.0%Si、1.0~2.0%Mn、0.1~0.5%Mo，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制備方法為將按此種成分冶煉的原料鋼坯加熱到1200±10℃，保溫1小時(shí)，之后分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行多道次的控制軋制，終軋溫度為920~880℃。軋制后以大于50℃/s的冷速水冷至貝氏體轉(zhuǎn)變溫度380~420℃保溫30~60min后空冷或卷取后空冷。
文檔編號(hào)B21B37/74GK102199722SQ201110117580
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者唐荻, 米振莉, 趙愛(ài)民, 陳銀莉, 高緒濤 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)