本發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板及異步軋制的制備方法。

背景技術(shù)：

汽車在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了交通擁擠、環(huán)境污染等諸多問(wèn)題。因此，開發(fā)油耗低和排放少為特征的“環(huán)境友好型汽車”成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。資料表明，汽車自身質(zhì)量每減少10％，可節(jié)省燃油3％～7％。因此，汽車的減重是降低油耗的重要途徑，對(duì)節(jié)能、改善環(huán)境具有十分重要的意義。汽車輕量化已經(jīng)成為先進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，這就給汽車用鋼的研發(fā)與生產(chǎn)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在眾多的汽車用鋼中，以相變強(qiáng)化為主的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的開發(fā)和應(yīng)用受到了世界范圍內(nèi)研究者的關(guān)注。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高安全性和實(shí)現(xiàn)輕量化的目的，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)將高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼作為重點(diǎn)研究目標(biāo)，先后開發(fā)出如雙相鋼(Dual Phase，DP)、復(fù)相鋼(Complex Phase，CP)、相變誘導(dǎo)塑性鋼(Transformation Induced Plasticity，TRIP)等。美國(guó)的Speer等人提出了一種新的熱處理工藝：淬火配分(Quenching and Partitioning，Q&P)。此工藝可用來(lái)生產(chǎn)一種具有TRIP效應(yīng)的高強(qiáng)度和較高塑性的馬氏體鋼，即Q&P鋼，其室溫組織是貧碳的板條馬氏體和富碳的殘余奧氏體，其中馬氏體組織保證了鋼的強(qiáng)度，而殘余奧氏體保證了鋼的塑性。

由于Q&P工藝是近年來(lái)提出的一種新型熱處理工藝，相關(guān)研究主要圍繞室溫組織的組成和形貌以及配分工藝與力學(xué)性能的關(guān)系展開，熱處理工藝大多采用完全奧氏體化退火工藝，但因低碳鋼自身含碳量較低，經(jīng)完全奧氏體化處理后，最終室溫下殘余奧氏體的含量也較低。同時(shí)，Q&P鋼的塑性主要源于鋼中殘余奧氏體的TRIP效應(yīng)，較低的殘余奧氏體含量則限制了Q&P鋼塑性的提高。綜上所述，若借鑒TRIP鋼熱處理的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)Q&P鋼采用兩相區(qū)奧氏體化退火處理，最終可獲得鐵素體、馬氏體和殘余奧氏體的混合多相組織。鐵素體是軟相，在變形過(guò)程中可以協(xié)調(diào)馬氏體的變形，以此達(dá)到提高低碳Q&P鋼塑性的目的。

異步軋制(ASR)作為一種塑性成型工藝，不僅具有降低軋制力、提高道次壓下率等優(yōu)點(diǎn)，而且還是一種有效的大變形方法。在異步軋制的過(guò)程中，其搓軋作用可以給予軋件剪切變形，促使晶粒充分破碎，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。前人的研究表明：晶粒的細(xì)化有利于碳在配分過(guò)程中向奧氏體中擴(kuò)散，更易于形成室溫下穩(wěn)定的殘余奧氏體。在熱軋階段采用異步軋制，利用異步軋制對(duì)晶粒的細(xì)化作用，促進(jìn)接下來(lái)的Q&P工藝中碳的配分，從而提高殘余奧氏體量，最終達(dá)到提高Q&P鋼塑性的目的。再者，采用兩相區(qū)奧氏體化工藝，使鋼中產(chǎn)生一定量的鐵素體組織，利用其協(xié)調(diào)鋼中馬氏體變形的能力，同樣可達(dá)到提高低碳Q&P鋼塑性的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)改善Q&P鋼的力學(xué)性能主要集中在熱處理階段的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板及異步軋制的制備方法，該方法是一種在熱軋階段采用異步軋制的方法，目的是通過(guò)異步軋制有效的細(xì)化晶粒，生產(chǎn)出具有高強(qiáng)塑積的低碳硅錳系Q&P鋼。

本發(fā)明的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其化學(xué)組分的質(zhì)量百分含量為：C：0.18～0.23％，Mn：1.40～1.60％，Si：1.30～1.60％，Al：0.10～0.20％，Nb：0.02～0.06％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

所述的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其屈服強(qiáng)度為510～640MPa，抗拉強(qiáng)度為720-860MPa，延伸率為38～44％，強(qiáng)塑積為27600～34700MPa·％。

所述的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其微觀組織為馬氏體、鐵素體和殘余奧氏體的混合多相組織。

所述的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其厚度為3.0～4.5mm。。

本發(fā)明的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的異步軋制的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制備板坯：

按照高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼的化學(xué)成分冶煉，鑄造坯料后，鍛造成板坯。

步驟2，異步軋制：

(1)將Q&P鋼板坯，加熱至1200～1250℃保溫1～3h；

(2)將保溫后的Q&P鋼板坯，進(jìn)行異步軋制后，空冷至室溫，制得厚度為3.0～4.5mm的異步軋制Q&P鋼板；其中，異步比分別為1～1.1；

步驟3，兩相區(qū)退火熱處理工藝：

將異步軋制Q&P鋼板，在兩相區(qū)溫度下保溫后，迅速淬火至馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)保溫，再升溫至配分溫度進(jìn)行配分，最后空冷至室溫，制得高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板。

所述的步驟1中，鍛造加熱溫度為1200～1250℃，保溫時(shí)間為2～3h，鍛造變形溫度為900～1050℃，鍛造成厚度為30～35mm的板坯。

所述的步驟2中，異步軋制的開軋溫度為1100～1150℃，終軋溫度為900～930℃，總變形量為85～90％；

所述的步驟3中，兩相區(qū)溫度為820～840℃，兩相區(qū)保溫2～5min。

所述的步驟3中，兩相區(qū)保溫在NaCl鹽浴爐中進(jìn)行。

所述的步驟3中，馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)為220～260℃，馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)保溫5～10s。

所述的步驟3中，配分溫度為380～420℃，配分時(shí)間為5～600s。

本發(fā)明的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板成分簡(jiǎn)單：其中，C元素能夠提高奧氏體的穩(wěn)定性，使鋼中奧氏體在室溫下能穩(wěn)定存在，但高碳含量降低沖擊性能并惡化焊接性能，因此采用C的質(zhì)量百分比為0.18～0.23％；Mn可顯著增加淬透性，提高奧氏體的穩(wěn)定性，但Mn含量過(guò)高會(huì)惡化焊接性能，且考慮成本因素，因此采用Mn的質(zhì)量百分比為1.40～1.60％；Si元素的添加是為了抑制配分過(guò)程中滲碳體的析出，促進(jìn)碳原子向未轉(zhuǎn)變的奧氏體中擴(kuò)散，但Si的添加會(huì)帶來(lái)板材熱鍍性能的降低，因此采用Si的質(zhì)量百分比為1.30～1.60％；Al能夠抑制配分過(guò)程中滲碳體的析出，并且能夠起到一定程度細(xì)化晶粒的作用，因此采用Al質(zhì)量百分比為0.10～0.20％；微合金元素Nb的添加主要是考慮其細(xì)化晶粒和彌散析出微合金碳化物的作用，能夠進(jìn)一步提高Q&P鋼的強(qiáng)度，因此采用Nb的質(zhì)量百分比為0.02～0.06％；S、P為試驗(yàn)鋼中雜質(zhì)元素，應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

本發(fā)明的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板及異步軋制的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為：

(1)本發(fā)明的制備方法，在熱軋階段采用異步軋制，一方面異步軋制具有降低軋制力、提高道次壓下率等優(yōu)點(diǎn)，可以降低能耗；另一方面，異步軋制能有效的細(xì)化晶粒，提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性，保證實(shí)驗(yàn)鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能；

(2)本發(fā)明的制備方法，在退火時(shí)選擇兩相區(qū)退火工藝，最終得到馬氏體、鐵素體、殘余奧氏體的混合多相組織，使Q&P鋼在具有高強(qiáng)度的同時(shí)兼具良好的塑性；

(3)本發(fā)明高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，綜合力學(xué)性能優(yōu)越，屈服強(qiáng)度為510～640MPa，抗拉強(qiáng)度為720-860MPa，延伸率為38～44％，強(qiáng)塑積為27600～34700MPa·％。。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明實(shí)施例1～3的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的異步軋制制備方法的工藝流程圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例1制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；

圖3本發(fā)明實(shí)施例2制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；

圖4本發(fā)明實(shí)施例3制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；

圖5本發(fā)明實(shí)施例1～3制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例中采用的異步軋機(jī)來(lái)自東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(RAL)。

以下實(shí)施例中進(jìn)行室溫單向拉伸的設(shè)備為SANSCMT-5000拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)。

以下實(shí)施例中觀測(cè)金相組織的設(shè)備為OLYMPUS-GSX500光學(xué)顯微鏡。

以下實(shí)施例中觀測(cè)微觀組織的設(shè)備為SSX-550掃描電子顯微鏡、FEI Tecnai G2F20S-TWIN型場(chǎng)發(fā)射透射電鏡。

以下實(shí)施例中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定設(shè)備為Smartlab X射線衍射儀。

以下實(shí)施例1～3的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的異步軋制制備方法的工藝流程圖如圖1所示。

實(shí)施例1

一種高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其化學(xué)組分的質(zhì)量百分含量為：C：0.18％，Mn：1.44％，Si：1.48％，Al：0.15％，Nb：0.025％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的異步軋制的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制備板坯：

按照高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉和鑄造后，得到厚度為30mm的板坯，其中鍛造加熱溫度為1250℃，保溫時(shí)間為3h，鍛造變形溫度為900～1050℃；

步驟2，異步軋制：

(1)將Q&P鋼板坯，加熱至1200℃保溫2h；

(2)將保溫后的Q&P鋼板坯，進(jìn)行異步軋制后，空冷至室溫，制得異步軋制Q&P鋼板；其中，異步比分別為1，厚度為3.0mm，開軋溫度為1150℃，終軋溫度為900℃，總變形量為90％；

步驟3，兩相區(qū)退火熱處理工藝：

將異步軋制Q&P鋼板，在820℃鹽浴爐中保溫3min后迅速淬火至220℃，保溫5s，再升溫至380℃進(jìn)行配分，配分時(shí)間為120s，最后空冷至室溫，制得厚度為3.0mm的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板。

本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其掃描電子顯微鏡(SEM)圖如圖2所示，從圖中可以看出塊狀鐵素體尺寸較大，板條馬氏體的分布較為分散；經(jīng)XRD測(cè)定其殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)為10％以上。

對(duì)本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示，測(cè)得其屈服強(qiáng)度為515MPa，抗拉強(qiáng)度為730MPa，延伸率為43.5％，強(qiáng)塑積為31755MPa·％。

實(shí)施例2

一種高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其化學(xué)組分的質(zhì)量百分含量為：C：0.21％，Mn：1.52％，Si：1.55％，Al：0.13％，Nb：0.05％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的異步軋制的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制備板坯：

按照高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉和鑄造后，得到厚度為30mm的板坯，其中鍛造加熱溫度為1220℃，保溫時(shí)間為2.5h，鍛造變形溫度為900～1050℃；

步驟2，異步軋制：

(1)將Q&P鋼板坯，加熱至1250℃保溫2h；

(2)將保溫后的Q&P鋼板坯，進(jìn)行異步軋制后，空冷至室溫，制得異步軋制Q&P鋼板；其中，異步比分別為1.05，厚度為3.9mm，開軋溫度為1100℃，終軋溫度為920℃，總變形量為87％；

步驟3，兩相區(qū)退火熱處理工藝：

將異步軋制Q&P鋼板，在830℃鹽浴爐中保溫4min后迅速淬火至240℃，保溫6s，再升溫至400℃進(jìn)行配分，配分時(shí)間為120s，最后空冷至室溫，制得厚度為3.9mm的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板。

本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其掃描電子顯微鏡(SEM)圖如圖3所示，從圖中可以看出鐵素體尺寸較小，馬氏體較為均勻地分布于鐵素體周邊；經(jīng)XRD測(cè)定其殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)為14％以上。

對(duì)本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示，測(cè)得其屈服強(qiáng)度為635MPa，抗拉強(qiáng)度為855MPa，延伸率為40.5％，強(qiáng)塑積為34627.5MPa·％。

實(shí)施例3

一種高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其化學(xué)組分的質(zhì)量百分含量為：C：0.23％，Mn：1.58％，Si：1.60％，Al：0.17％，Nb：0.06％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板的異步軋制的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制備板坯：

按照高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉和鑄造后，得到厚度為30mm的板坯，其中鍛造加熱溫度為1200℃，保溫時(shí)間為2h，鍛造變形溫度為900～1050℃。

步驟2，異步軋制：

(1)將Q&P鋼板坯，加熱至1230℃保溫2h；

(2)將保溫后的Q&P鋼板坯，進(jìn)行異步軋制后，空冷至室溫，制得異步軋制Q&P鋼板；其中，步比分別為1.1，厚度為4.5mm，開軋溫度為1100℃，終軋溫度為930℃，總變形量為85％；

步驟3，兩相區(qū)退火熱處理工藝：

將異步軋制Q&P鋼板，在840℃鹽浴爐中保溫5min后迅速淬火至260℃，保溫10s，再升溫至420℃進(jìn)行配分，配分時(shí)間為120s，最后空冷至室溫，制得厚度為4.5mm的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板。

本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，其掃描電子顯微鏡(SEM)圖如圖4所示，從圖中可以看出塊狀鐵素體的量減少，多以不規(guī)則形貌存在，板條馬氏體的分布也較為分散；經(jīng)XRD測(cè)定其殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)為9％以上。

對(duì)本實(shí)施例制備的高強(qiáng)塑積低碳硅錳系Q&P鋼板，進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示，測(cè)得其屈服強(qiáng)度為526MPa，抗拉強(qiáng)度為723MPa，延伸率為38.2％，強(qiáng)塑積為27618.6MPa·％。