本發(fā)明涉及一種低碳鋼的熱處理方法，特別涉及一種具有trip效應(yīng)的低碳c-mn-si系鋼的c、mn綜合配分熱處理方法，屬于材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

汽車(chē)的輕量化是指在保證汽車(chē)安全性能的前提下，通過(guò)對(duì)汽車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和對(duì)輕質(zhì)材料的大量應(yīng)用來(lái)降低汽車(chē)自身重量的一種技術(shù)。汽車(chē)的輕量化技術(shù)在緩解能源、環(huán)境的危機(jī)方面有著巨大的潛力。將先進(jìn)高強(qiáng)度鋼制造的車(chē)身零部件大量用在汽車(chē)白車(chē)身中，能夠在保證汽車(chē)的安全性的情況下，有效降低汽車(chē)的自身重量，提高燃油率，減少尾氣的排放。汽車(chē)輕量化已成為世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。

q&p鋼，即淬火-配分（quenching-partitioning，q&p）鋼，由美國(guó)科羅拉多礦業(yè)大學(xué)的speer教授在2003年提出，q&p鋼的顯微組織主要為貧碳的馬氏體，并含有部分富碳的殘余奧氏體，殘余奧氏體的存在是因?yàn)樘荚氐呐浞衷黾恿藠W氏體的化學(xué)穩(wěn)定性，因而保留到了室溫，q&p鋼中殘余奧氏體的作用是在受到外界作用力時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（trip效應(yīng)），從而提高q&p鋼的塑性，使其兼具高強(qiáng)度和高塑性，q&p鋼的trip效應(yīng)不僅會(huì)吸收沖擊能，抵御撞擊時(shí)的塑性變形，顯著提升汽車(chē)的安全等級(jí)，同時(shí)，由于q&p鋼中馬氏體基體的強(qiáng)度很高，可在不降低甚至提高汽車(chē)安全性的情況下適當(dāng)?shù)販p薄車(chē)部件的厚度而達(dá)到輕量化的目的。

常用q&p熱處理的母材有c-mn-si系和c-mn-al系鋼，其中c-mn-al系的trip鋼的鐵素體和奧氏體的相變溫度較高，甚至在1100℃以上還沒(méi)有發(fā)生奧氏體相變，q&p工藝的實(shí)施難度大，成本較高。本發(fā)明選用低碳c-mn-si系鋼，其鐵素體和奧氏體的相變溫度較低，可以節(jié)約如處理時(shí)間。碳含量較低可以保證鋼板具有良好的焊接性。但碳含量低會(huì)影響傳統(tǒng)q&p工藝過(guò)程中碳的配分過(guò)程，降低奧氏體穩(wěn)定性；導(dǎo)致馬氏體中碳含量較低，降低馬氏體強(qiáng)度。導(dǎo)致熱處理后的低碳c-mn-si系鋼強(qiáng)塑積較低。而且，現(xiàn)有的q&p熱處理工藝時(shí)間較長(zhǎng)，參數(shù)的配合仍需進(jìn)一步探索。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中熱處理工藝存在的問(wèn)題，提出了一種具有trip效應(yīng)的低碳c-mn-si系鋼c、mn綜合配分的熱處理方法，目的是通過(guò)第一次mn配分、奧氏體化、二次mn配分、c配分合理的相互配合,生產(chǎn)出具有良好焊接性、強(qiáng)塑積的低碳c-mn-si系q&p鋼。特別適用于碳含量為0.1-0.15ωt%低碳c-mn-si系鋼。除了c元素外，讓mn元素也承擔(dān)一部分提高奧氏體穩(wěn)定性的任務(wù)。從而形成高溫mn配分，低溫碳配分的模式。充分利用c、mn元素的綜合配分來(lái)增加奧氏體的穩(wěn)定性及q&p鋼中殘余奧氏體的含量。從而獲得強(qiáng)塑積較高低成本且焊接性良好的高強(qiáng)度鋼板。該熱處理方法奧氏體化溫度較低，僅920℃，這樣就降低了加熱溫度，節(jié)省加熱時(shí)間。同時(shí)整個(gè)熱處理流程時(shí)間也較短，大幅度地提高鋼的生產(chǎn)效率高，節(jié)約生產(chǎn)成本，在汽車(chē)工業(yè)上具有良好的應(yīng)用前景。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行：（1）第一次mn配分：將經(jīng)過(guò)前處理的低碳c-mn-si系鋼加熱到兩相區(qū)820℃并保溫5-10min。

（2）完全奧氏體化：加熱到奧氏體區(qū)920℃，并保溫3min，使之完全奧氏體化。

（3）第二次mn配分：將試驗(yàn)鋼溫度降到870℃，保溫3-7min，進(jìn)行第二次mn配分。

（4）碳配分：保溫結(jié)束后迅速淬火至240-260℃，控制配分時(shí)間在10-30s，然后水淬至室溫。得到強(qiáng)塑積14000-15000mpa·%，延伸率15%-16%的q&p鋼板。

所述的前處理是將低碳c-mn-si系冷軋鋼板使用洗潔精浸泡一段時(shí)間后清洗，除銹去油后風(fēng)干，使表面光潔，以避免熱處理時(shí)的受熱不均勻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)q&p工藝的優(yōu)化改進(jìn)，采用了二次mn配分加碳配分的工藝，使mn元素也承擔(dān)一部分提高奧氏體的穩(wěn)定性的任務(wù)，形成高溫mn配分，低溫碳配分的模式。充分利用c、mn元素的綜合配分來(lái)增加奧氏體的穩(wěn)定性及q&p鋼中殘余奧氏體的含量，進(jìn)一步改善了q&p鋼的性能，使q&p工藝最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。特別適用于碳含量為0.1-0.15ωt%低碳c-mn-si系鋼。

所述步驟（1）中將鋼加熱到820℃并保溫5-10min，進(jìn)行第一次mn配分，目的是使鐵素體中的mn元素聚集到奧氏體中。

所述步驟（2）中奧氏體化溫度和時(shí)間為920℃保溫3min，奧氏體化溫度與時(shí)間的選擇既要考慮得到全奧氏體組織，同時(shí)防止第一次配分到奧氏體中的mn發(fā)生均勻化。

所述步驟（3），將試驗(yàn)鋼溫度降到870℃，保溫3-7min，進(jìn)行第二次mn配分。第二次mn配分的溫度高于第一次，其主要原因是控制鐵素體的含量，溫度過(guò)低，則鐵素體含量高，會(huì)影響最終鋼板的抗拉強(qiáng)度。

所述步驟（4）中將二次mn配分完成后的試驗(yàn)鋼迅速在鹽浴爐中淬火至240-260℃，保溫10-30s，進(jìn)行碳配分工藝。碳元素在這個(gè)保溫過(guò)程中將會(huì)從馬氏體中向奧氏體中配分，使奧氏體發(fā)生熱穩(wěn)定化而最終保留到室溫。最終得到室溫組織為馬氏體、殘余奧氏體和少量鐵素體的q&p鋼。

本發(fā)明中的熱處理工藝，通過(guò)mn元素在高溫下的兩次配分，再配合較低溫度的碳配分，充分利用c、mn元素的綜合配分來(lái)提升奧氏體的穩(wěn)定性，增加q&p鋼中殘余奧氏體的含量，從而通過(guò)殘余奧氏體的trip效應(yīng)大幅提高鋼的強(qiáng)塑積。相比以往的q&p熱處理工藝,本發(fā)明中的c、mn綜合配分能提高奧氏體的穩(wěn)定性，提高材料的強(qiáng)塑積。采用標(biāo)準(zhǔn)國(guó)標(biāo)拉伸試樣測(cè)得的，數(shù)值可靠。在汽車(chē)工業(yè)上具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明熱處理工藝中奧氏體化溫度低，保溫時(shí)間較短，這樣就降低了加熱溫度，節(jié)省了熱處理時(shí)間。相比其他熱處理工藝可以大幅度地提高鋼的生產(chǎn)效率并且節(jié)約成本，在工業(yè)生產(chǎn)上有更好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明熱處理工藝示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中低碳c-mn-si系鋼掃描電鏡圖像。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中低碳c-mn-si系鋼的背散射電子圖像。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中低碳c-mn-si系鋼mn元素的電子探針圖像。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中低碳c-mn-si系鋼c元素的電子探針圖像。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中是將熱處理得到的鋼板按astme8標(biāo)準(zhǔn)用線切割機(jī)加工成標(biāo)距為32mm的拉伸試樣，并在萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，應(yīng)變速率為1mm/min，測(cè)試其抗拉強(qiáng)度延伸率和強(qiáng)塑積，每實(shí)施例取3個(gè)樣品，結(jié)果取平均值，以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

實(shí)施例1

將成分為0.12c-1.5mn-1.1si的冷軋鋼板清洗干凈，除銹去油后風(fēng)干，使表面光潔。以避免熱處理過(guò)程中的受熱不均。

（1）第一次mn配分：將經(jīng)過(guò)前處理的低碳c-mn-si鋼加熱到兩相區(qū)820℃并保溫5min。

（2）完全奧氏體化：加熱到奧氏體區(qū)920℃，并保溫3min，使之完全奧氏體化。

（3）第二次mn配分：將試驗(yàn)鋼溫度降到870℃，保溫5min，進(jìn)行第二次mn配分。

（4）碳配分：保溫結(jié)束后迅速淬火至260℃，控制配分時(shí)間在20s，最后水淬至室溫。

圖2為熱處理工藝得到的低碳c-mn-si系鋼的掃描電鏡圖像。顯微組織主要由馬氏體、鐵素體、殘余奧氏體組成。馬氏體為典型的板條狀，少量的鐵素體呈塊狀、粒狀或其他不規(guī)則的形態(tài)均勻地分布在馬氏體基體上。

經(jīng)檢測(cè)，其抗拉強(qiáng)度為960mpa，斷后延伸率為15.4%，強(qiáng)塑積達(dá)14800mpa·%。

實(shí)施例2

將成分為0.12c-1.5mn-1.1si的冷軋鋼板清洗干凈，除銹去油后風(fēng)干，使表面光潔。以避免熱處理過(guò)程中的受熱不均。

（1）第一次mn配分：將經(jīng)過(guò)前處理的低碳c-mn-si鋼加熱到兩相區(qū)820℃并保溫7min。

（2）完全奧氏體化：加熱到奧氏體區(qū)920℃，并保溫3min，使之完全奧氏體化。

（3）第二次mn配分：將試驗(yàn)鋼溫度降到870℃，保溫7min，進(jìn)行第二次mn配分。

（4）碳配分：保溫結(jié)束后迅速淬火至240℃，控制配分時(shí)間在30s，最后水淬至室溫。

根據(jù)背散射和電子探針圖像，凸起部分為馬氏體，凹陷部分為鐵素體。馬氏體由奧氏體轉(zhuǎn)化而來(lái)，可以看出c、mn元素在奧氏體中配分效果明顯。

經(jīng)檢測(cè)，其抗拉強(qiáng)度為946mpa，斷后延伸率為15.5%，強(qiáng)塑積達(dá)14700mpa·%。

實(shí)施例3

將成分為0.12c-1.5mn-1.1si的冷軋鋼板清洗干凈，除銹去油后風(fēng)干，使表面光潔。以避免熱處理過(guò)程中的受熱不均。

（1）第一次mn配分：將經(jīng)過(guò)前處理的低碳c-mn-si鋼加熱到兩相區(qū)820℃并保溫7min。

（2）完全奧氏體化：加熱到奧氏體區(qū)920℃，并保溫3min，使之完全奧氏體化。

（3）第二次mn配分：將試驗(yàn)鋼溫度降到870℃，保溫5min，進(jìn)行第二次mn配分。

（4）碳配分：保溫結(jié)束后迅速淬火至260℃，控制配分時(shí)間在20s，最后水淬至室溫。

經(jīng)檢測(cè)，其抗拉強(qiáng)度為940mpa，斷后延伸率為15.6%，強(qiáng)塑積達(dá)14700mpa·%。