CN102212657A - 一种冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产工艺,属于金属材料热处理领域。其特征是将相变诱导塑性钢冷轧板加热到750-850℃,使其部分奥氏体化;快速冷却至220-300℃,冷速40-60℃/s,保温10-20s;再加热至350-450℃,保温10-1000s;最后快速冷却至室温。本发明利用钢中的Si、Mn元素控制渗碳体等碳化物的析出,通过本发明的热处理工艺,控制不同的相变,最终得到室温为铁素体、马氏体、残余奥氏体的复相组织;其中铁素体提高塑性,马氏体提高强度,残余奥氏体在变形时发生TRIP效应转变为马氏体,一方面提高塑性,另一方面延缓颈缩的产生,提高均匀延伸率。经性能检测,屈服强度600-720MPa,抗拉强度960-1060MPa,延伸率20-25%,相比TRIP1000,强度相当,塑性更好,并且所需要合金少。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理领域,涉及一种冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法。
背景技术
由于汽车节能、环保和安全性的要求不断提高,汽车必须在保证安全的前提下,依靠减少自身重量来降低油耗、减少排放。资料表明,汽车自身质量每减小10%,可节省燃油3%~7%。这就意味着要提高材料的强度,保证在安全性及功能性前提下,减少部件的厚度。
传统观点认为马氏体中的碳由于温度太低不可扩散,而在回火过程中将以碳化物的形式析出,目前在研究中发现碳化物的析出被抑制时,碳可从马氏体向奥氏体中扩散。Rao和Thomas以高分辩点阵象,Sarikaya和Thomas以场离子显微镜和原子探针测定了残余奥氏体中的碳含量,证明在马氏体相变过程中存在碳的扩散。马氏体相变同时碳原子能扩散进入奥氏体中使其富碳,降低了Ms点,引起奥氏体化学稳定化。J.Speer等在2003年提出了碳分配原理,并且阐述了碳从马氏体向奥氏体分配的过程,使奥氏体富碳,室温下获得稳定的残余奥氏体。
发明内容
本发明的目的在于,以传统冷轧相变诱导塑性钢成分为基础,通过淬火配分提高相变诱导塑性钢强塑性的方法,得到的钢材力学性能优于传统冷轧TRIP1000,并且所需合金量少,达到降低材料厚度的要求。
本发明通过以下技术方案实现的,具体步骤如下:
1) 将冷轧板加热至750-850℃,使其部分奥氏体化,得到一部分铁素体和奥氏体,实现碳的第一次富碳,奥氏体中的碳含量大于原始成分中的碳含量;
2) 将加热后的冷轧板以40-60℃/s冷速急冷至220-300℃,使奥氏体部分转变为马氏体;
3) 将工件再加热到350-450℃,保温10-1000s;使碳马氏体向未转变奥氏体扩散,完成第二次富碳;
4) 最后快速冷却至室温,得到铁素体、马氏体、残余奥氏体的复相组织。
为了得到一部分的铁素体,保证第1)步加热温度为Ac1-Ac3之间,其中Ac1、Ac3点通过热膨胀实验得到;保温之后的第2)步淬火温度介于Ms与Mf之间,Ms、Mf点可以通过热膨胀法测得,Ms点也可以通过公式得到:Ms=539-423w(C)-30.4w(Mn)-7.5w(Si),其中:w(i)为i元素的质量分数;具体淬火温度与马氏体量满足关系式:Vm=1-exp[-0.011(Ms-Tq)],其中Vm 是马氏体量、Ms表示马氏体转变开始点、Mf表示马氏体转变结束点、Tq淬火温度。
通过淬火配分提高相变诱导塑性钢强塑性的生产工艺,其特征在于钢的成分质量百分比为:C:1.5-2%,Si:1.0-1.5%,Mn:1.0-2.0%,Al≤0.8%,P≤0.001,S≤0.01%,其余为Fe及不可避免杂质。
本发明在不改变相变诱导塑性钢成分的基础上,通过两相区的淬火-配分工艺,通过两次配分过程使奥氏体富碳,室温下获得稳定的奥氏体,最终得到铁素体、马氏体和残余奥氏体复相组织,钢的铁素体组织提高了延伸率,马氏体组织提高了钢的强度,残余奥氏体在变形过程中发生TRIP(Transformation-Induced Plasticity)效应转变为马氏体,一方面提高了延伸率,另一方面延缓了裂纹的产生,提高了均匀延伸率。
通过本发明的工艺,得到钢件的力学性能为:屈服强度600-720MPa,抗拉强度960-1060MPa,延伸率20-25%,相比TRIP1000,强度相当,塑性更好,并且所需要合金少。
附图说明
图1为通过本发明工艺得到的高分辨扫描电子照片;
图2为通过本发明工艺得到的透射照片(板条状马氏体);
图3为通过本发明工艺得到的透射照片(残余奥氏体)。
具体实施方式
实施例1:
冷轧板化学成分,质量分数为C:0.21%,Mn:1.35%,Si:1.43%,S≤0.0044%,P≤0.01%,余量为Fe及不可避免杂质。将钢板加热至830℃,保温5min,淬火至250℃,保温10s,然后再加热至400℃,保温60s,得到室温组织包括铁素体、马氏体及残余奥氏体,如图1所示,并且马氏体呈板条状,如图2所示,奥氏体呈薄膜状,位于板条状马氏体之间,如图3所示。经性能检测,屈服强度647MPa,抗拉强度1013MPa,延伸率25%,残余奥氏体量为10.2%。
实施例2:
冷轧板化学成分,质量分数为C:0.21%,Mn:1.35%,Si:1.43%,S≤0.0044%,P≤0.01%,余量为Fe及不可避免杂质。将钢板加热至830℃,保温5min,淬火至250℃,保温10s,然后再加热至400℃,保温180s。与实施例1工艺相似,配分时间增长至180s,室温组织与图1类似。经性能检测,屈服强度619MPa,抗拉强度960MPa,延伸率24%,残余奥氏体量为6.8%。
实施例3:
冷轧板化学成分,质量分数为C:0.20%,Mn:1.84%,Si:1.51%,S≤0.0052%,P≤0.01%,余量为Fe及不可避免杂质。将钢板加热至850℃,保温5min,淬火至280℃,保温20s,然后再加热至400℃,保温180s。经性能检测,屈服强度600MPa,抗拉强度985MPa,延伸率22%,残余奥氏体量为8.7%。
实施例4:
冷轧板化学成分,质量分数为C:0.18%,Mn:1.80%,Si:1.4%,S≤0.01%,P≤0.01%,余量为Fe及不可避免杂质。将钢板加热至800℃,保温5min,淬火至240℃,保温10s,然后再加热至400℃,保温10s。经性能检测,屈服强度707MPa,抗拉强度1060MPa,延伸率25%,残余奥氏体量为7%。
Claims (4)
1.一种冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法,其特征包括以下几个步骤:
将冷轧板加热至750-850℃,使冷轧板部分奥氏体化;得到一部分铁素体和奥氏体,实现碳的第一次富碳,奥氏体中的碳含量大于原始成分中的碳含量;
将步骤1)中得到的工件以40-60℃/s冷速急冷至220-300℃,使步骤1)中的奥氏体部分转变为马氏体;
将步骤2)中得到的工件再加热到350-450℃,保温10-1000s;使碳从步骤2)中得到的马氏体向未转变奥氏体部分扩散,完成第二次富碳;
步骤3)完成后快速冷却至室温,得到铁素体、马氏体、残余奥氏体的复相组织。
2.根据权利要求1所述冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法,其特征是步骤1)所述加热温度为Ac1-Ac3之间,保证得到部分铁素体,其中Ac1、Ac3点通过热膨胀实验得到。
3.根据权利要求1所述冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法,其特征是步骤2)所述淬火温度介于Ms与Mf之间,Mf点通过热膨胀法测得,Ms点通过热膨胀法测得或者通过公式得到:Ms=539-423w(C)-30.4w(Mn)-7.5w(Si),其中:w(i)为i元素的质量分数;具体淬火温度与马氏体量满足关系式:Vm=1-exp[-0.011(Ms-Tq)],其中Vm 是马氏体量、Ms表示马氏体转变开始点、Mf表示马氏体转变结束点、Tq淬火温度。
4.如权利要求1所述冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产方法,其特征是成分质量百分比为:C:1.5-2%,Si:1.0-1.5%,Mn:1.0-2.0%,Al≤0.8%,P≤0.001,S≤0.01%,其余为Fe及不可避免杂质。
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