CN101942601A - 一种含v热轧相变诱发塑性钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法，属于钢铁材料领域。该钢的成分质量百分比为：C 0.15～0.30、Si 1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al＜0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P＜0.01、S＜0.01，余量为Fe。将此种成分的钢冶炼成钢锭，加热到1150±10℃，锻造成钢坯。一是将钢坯加热到1220±10℃保温1小时后，进行粗轧和精轧，精轧后先以30℃/s的冷速水冷至710～760℃，后在740℃的保温炉中保温3分钟，再空冷到至670～690℃，随后以约50℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取。二是将钢坯加热到1150±10℃保温1小时后，进行粗轧和精轧，最后一道次的轧制温度在740～760℃，随后以约50℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取。用这两种方法制备的含V相变诱发塑性钢强度高塑性好。

Description

一种含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁材料领域，特别涉及到含V热轧相变诱发塑性钢(TRIP)及制备方法。
背景技术
为了应对日益严重的能源短缺和环境污染，汽车轻量化是近年来世界范围内材料工作者和汽车制造者所共同面临的难题。近年来，虽然铝合金，镁合金和塑料等其它轻量化材料在汽车材料中的应用越来越广泛，但是钢铁材料仍然是今后汽车使用的主导材料。因为与铝合金，镁合金等相比，钢铁具有高弹性模量、高抗疲劳性能、成型性好、硬度高、热导率好、价格较低等优点。在现代汽车材料的组成中，钢铁约占车重的55％-70％，但汽车用钢的内涵却发生了很大变化，即由原先的以软钢和普通冷轧板为主发展到以高强度钢板和热镀锌钢板为主。其中，高强度钢板将由目前每车使用量占车重的14％-45％(100-294公斤/车)提高到将来的30％-70％。研究表明，在其他条件不变的情况下，汽车重量每减轻10％，则油耗可下降3％-8％。
TRIP钢具有良好的强度-塑性匹配，其强度与塑性与传统汽车用钢相比，优势十分明显，这对于汽车制造者是非常有吸引力的。如果TRIP钢这种新型材料能在汽车工业中推广应用，则既能减轻整车的重量，节约能耗，又能提高汽车钢板的抗破坏能力，从而提高汽车的安全系数。因此，TRIP钢的研制与开发有着诱人的前景，极大的促进了人们从各方面不懈探索的热情，其潜在的最终使用目标除了高质量的汽车板、底盘部件、车门、冲击梁外，还包括结构材料、螺栓材料、导弹壳体、不锈铠甲、高强度丝，外科手术针等等。
TRIP钢分为冷轧和热轧TRIP钢生产，冷轧工艺通过冷轧后的临界区退火得到铁素体和奥氏体的混合组织，并已在工业领域实际应用。但该工艺繁琐，总体能耗较高。而热轧工艺一般都是终轧后控制随后的冷却过程，从而得到一定体积分数的铁素体和奥氏体的混合组织，相对于冷轧热处理TRIP钢生产不需要冷轧及冷轧后的热处理等工艺步骤，可以简化工艺，从而降低了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含V热轧相变诱发塑性钢及制备方法，此种方法通过添加Nb、V合金元素，使钢的抗拉强度能够达到800MPa级，而延伸率大于28％，强塑积大于22000MPa％，并且采用两种的冷却方式来生产获得800MPa级热轧相变诱发塑性钢。
一种含V热轧相变诱发塑性钢及制备方法，热轧相变诱发塑性钢(TRIP)的成分质量百分比为：C 0.15～0.30、Si 1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al＜0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P＜0.01、S＜0.01，余量为Fe。
本发明含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法分为两种，第一种方法按以下步骤进行
1、将钢按成分质量百分比为：C 0.15～0.30、Si 1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al＜0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P＜0.01、S＜0.01，余量为Fe，炼成钢锭。钢锭加热到1150±10℃，锻造成钢坯。
2、采用加热炉的方式，将钢在室温下放入加热炉中，随炉加热到1220±10℃后。保温1小时。保温结束后取出钢坯，采用轧机进行粗轧和精轧，开轧温度为1140～1160℃，粗轧4个道次，总变形量为90.4％，轧制温度在980～1150℃之间。精轧两个道次，轧制温度在870～980℃之间，精轧总变形量为9.6％。终轧温度在790～850℃，最终获得轧件。
3、精轧结束后先以30℃/s的冷速水冷至710～760℃，后在740℃的保温炉中保温3分钟，再空冷至670～690℃，随后以60℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取。
第二种方法按以下步骤进行
1、将钢按成分质量百分比为：C 0.15～0.30、Si 1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al＜0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P＜0.01、S＜0.01，余量为Fe，炼成钢锭。钢锭加热到1150±10℃，锻造成钢坯。
2、采用加热炉的方式，将钢在室温下放入加热炉中，随炉加热到1150±10℃后。保温1小时。保温结束后取出钢坯，采用轧机进行粗轧和精轧，开轧温度为1030～1060℃，粗轧4个道次，总变形量为90.4％，轧制温度在850～1050℃之间。精轧两个道次，精轧第一道次轧制温度在830～850℃之间，精轧第一道次变形量为5.75％。精轧第二道次轧制温度在740～760℃之间，精轧第二道次变形量为3.85％最终获得轧件，后以50℃/s的冷速水冷至400～450℃，后模拟卷取。
C：TRIP钢所有的合金元素中，C对残余奥氏体稳定性的影响最大，并决定着TRIP钢的性能。C是一种奥氏体稳定化元素，能扩大γ相区，在较宽的温度范围内促进奥氏体的生成，γ相区的扩大，可增加固溶时奥氏体中的C含量。
Si：Si是非碳化物形成元素，以置换固溶的形式存在。Si是一种铁素体形成元素，能提高钢的Ae3温度，每增加1％的Si，Ae3温度升高约60℃。在TRIP钢中，Si的重要作用，主要体现在对碳化物形核，相变驱动力在铁素体、奥氏体及渗碳体中的活度系数等方面。Si能显著阻碍渗碳体出，主要是硅不溶于渗碳体，必须从渗碳体/铁素体界面扩散出来，导致处Si的浓度逐渐增加，C的活性相应增加，流动性降低，渗碳体核心的长大因此受到抑制。另外，Si还是一种较强的固溶强化元素，可显著提高TRIP钢中铁素体的强度。
Mn：锰起奥氏体的稳定剂的作用，因而能够降低残余奥氏体的Ms温度。Mn能降低渗碳体的开始析出温度，降低C在铁素体和奥氏体中的活度系数，增大C在铁素体中的溶解。在TRIP钢中，Mn的含量一般在1％-2％之间，其可增加奥氏体的稳定性，提高组织中残余奥氏体的体积分数。
Nb：作为一种奥氏体稳定化元素，能细化奥氏体晶粒，促进NbCN粒子的析出，而析出的NbCN将减少Nb在奥氏体中的固溶量，降低奥氏体的稳定性。因此对于含Nb的TRIP钢，可能存在一个最佳的奥氏体晶粒尺寸，在此条件下可以得到较好的性能。
V：一般用来抑制TRIP钢中的相变行为，TRIP钢中添加V后，可显著细化TRIP钢组织。并有析出强化的作用。
本发明方法通过添加Nb、V合金元素，使钢的抗拉强度能够达到800MPa级，而延伸率大于28％，强塑积大于22000MPa％。
附图说明
图1为本发明材料轧制工艺流程图。
具体实施方式
将此种成分的钢冶炼成钢锭，其成分百分比为：C 0.15～0.30、Si 1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al＜0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P＜0.01、S＜0.01，余量为Fe。
第一种实施方式为(1)将此钢锭加热到1150±10℃，保温1.5小时后锻造成钢坯。(2)将钢坯加热到1220±10℃保温1小时，保温结束后用轧机进行粗轧与精轧，开轧温度为1140～1160℃，粗轧4个道次，总变形量为90.4％，轧制温度在980～1150℃之间。精轧两个道次，轧制温度在870～980℃之间，精轧总变形量为9.6％。终轧温度在790～850℃，最终获得轧件。(3)精轧结束后先以30℃/s的冷速水冷至710～760℃，后在740℃的保温炉中保温3分钟，再空冷至670～690℃，随后以50℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取。
第二种实施方式为(1)将钢坯加热到1150±10℃保温1小时，(2)保温结束后用轧机进行粗轧与精轧，开轧温度为1030～1060℃，粗轧4个道次，总变形量为90.4％，轧制温度在850～1050℃之间。精轧两个道次，精轧第一道次轧制温度在830～850℃之间，精轧第一道次变形量为5.75％。精轧第二道次轧制温度在730～760℃之间，精轧第二道次变形量为3.85％最终获得轧件。(3)随后以不低于50℃/s的冷速水冷至400～450℃，后模拟卷取。
表1为化学成分，表2为第一种工艺参数表，表3为第二种工艺参数表，表4为第一种工艺下钢力学性能，表5为第二种工艺下钢力学性能，图1为轧后冷却工艺示意图。
表1 化学成分
                                    (wt％)
  C   Si   Mn   Al   Nb   V   P   S
  0.20   1.5   1.6   ＜0.05   0.05   0.07   ＜0.01   ＜0.01
  0.25   1.18   1.27   ＜0.05   0.03   0.1   ＜0.01   ＜0.01
表2 第一种工艺参数表
Figure BSA00000273426600041
表3 第二种工艺参数表
  实施例   加热温度   终轧温度   水冷后温度   成品板厚
  1   1150   735   410   3.7
  2   1150   760   430   3.6
  3   1150   740   440   4.1
  4   1150   750   415   3.7
表4 第一种工艺下钢的力学性能
  实施例   屈服强度/MPa   抗拉强度/MPa   延伸率A50/％   强塑积/Mpa*％
  1   593   803   28.16   22612
  2   567   819   31.18   25536
  3   570   854   29.02   24783
  4   625   808   34.64   27989
表5 第二种工艺下钢的力学性能
  实施例   屈服强度/MPa   抗拉强度/MPa   延伸率A50/％   强塑积/Mpa*％
  1   625   825   28.34   23380
  2   610   815   29.16   23765
  3   622   810   28.12   22777
  4   610   813   29.24   23772

Claims (1)

1.一种含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法，其特征在于：C 0.15～0.30、Si 1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al＜0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P＜0.01、S＜0.01，余量为Fe；
制备方法分两种：
方法一：(1)将此种成分的钢冶炼成钢锭钢锭加热到1150±10℃，保温1.5小时后锻造成钢坯；(2)将钢坯加热到1220±10℃保温1小时，保温结束后用轧机进行粗轧与精轧，开轧温度为1140～1160℃，粗轧4个道次，总变形量为90.4％，轧制温度在980～1150℃之间；精轧两个道次，轧制温度在870～980℃之间，精轧总变形量为9.6％；终轧温度在790～850℃，最终获得轧件；(3)先以不低于30℃/s的冷速水冷至710～760℃，后在740℃的保温炉中保温3分钟，再空冷至670～690℃，随后以50℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取；
方法二：(1)将此种成分的钢冶炼成钢锭加热到1150±10℃，保温1.5小时后锻造成钢坯；(2)将钢坯加热到1150±10℃保温1小时，保温结束后用轧机进行粗轧与精轧，开轧温度为1030～1060℃，粗轧4个道次，总变形量为90.4％，轧制温度在850～1050℃之间；精轧两个道次，精轧第一道次轧制温度在830～850℃之间，精轧第一道次变形量为5.75％；精轧第二道次轧制温度在740～760℃之间，精轧第二道次变形量为3.85％最终获得轧件；(3)随后以50℃/s的冷速水冷至400～450℃，后模拟卷取。
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