CN105734213A - 一种q&p钢板及其两次配分制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Q&P钢板及其两次配分制备方法,属材料热处理技术领域。钢板成分按重量百分比:C:0.15~0.28%,Mn:1.0~3.5%,Si+Al:0.9~2.5%,余量为Fe和不可避免杂质;钢板厚度为1.2~1.8mm;制备方法:1)普通Q&P钢钢板完全奥氏体化;2)将完全奥氏体化的Q&P钢钢板生部分马氏体相变;3)一次配分过程:在350~450℃保温30~600s后,速冷水淬;4)二次配分过程:在350~450℃保温30~600s后,淬火至室温得产品。本发明钢板,微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余奥氏体的体积分数8~22%。本发明制备方法,利用两次配分,稳定了更大体积分数奥氏体,提高加工硬化率。
Description
技术领域
本发明属于材料热处理技术领域,特别涉及一种Q&P钢板及其两次配分制备方法。
背景技术
近年来,随着汽车轻量化,节能减排以及汽车安全性的需求,高强度钢的研究和使用成为了当下技术人员研究的热点。其中,第三代汽车用钢中的Q&P得到了广泛的关注,与传统钢材相比,Q&P钢具有优异的强度和良好的塑性,作为汽车结构用钢,得到了越来越多的关注。
与传统的淬火-回火(Q&T)工艺相比,Q&P工艺是将完全奥氏体化或者部分奥氏体化的钢,淬火到马氏体相变开始温度(Ms)和马氏体相变结束温度(Mf)之间,此时马氏体部分相变,组织中有一部分未转变的奥氏体;随后,在淬火温度,或高于淬火温度进行保温配分,碳原子从过饱和的马氏体中向未转变的奥氏体中扩散,使得奥氏体足够稳定,能够稳定的保留到室温,而不发生相变。
随着对Q&P钢研究的逐步深入,发现如果想获得较大量的残余奥氏体,需要相对较高的淬火温度,而这样的话,经过配分以后,组织中难免会有一部分不稳定的奥氏体转变为马氏体,或者以M/A岛的形式存在于最后的组织中。如何共同优化Q&P工艺,从而提高室温下稳定的奥氏体含量,并且让奥氏体以更加稳定,更有利于变形的方式存在,仍然有很重要的探索价值。
发明内容
本发明提供一种Q&P钢板及其两次配分制备方法,该制备方法的特征为,在经历过两步Q&P淬火配分处理后,在随后的水淬冷却过程中,通过控制终冷温度,来控制不稳定的奥氏体发生马氏体转变的量,从而增加二次回火(配分)处理,在回火过程中通过碳配分来稳定更大体积分数和碳含量的奥氏体的Q&P钢,及其热处理方法。
本发明的Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.15~0.28%,Mn:1.0~3.5%,Si+Al:0.9~2.5%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为1.2~1.8mm。
本发明的Q&P钢板,其抗拉强度≥1200MPa,延伸率≥20%,强塑积≥25000MPa。
本发明的Q&P钢板,其微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余奥氏体的体积分数为8~22%。
本发明的Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
按Q&P钢板的成分,配料制得厚度为1.2~1.8mm的普通Q&P钢板,在850~950℃,保温100~1000s,制得完全奥氏体化的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以30~100℃/s的冷却速度,淬火到280~330℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至350~450℃,保温30~600s;
(2)一次配分后的钢板,以30~100℃/s的冷却速度,水淬到20~80℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至350~450℃,保温30~600s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得Q&P钢板。
所述步骤1中,普通Q&P钢板的制备,包括以下步骤:
(1)熔炼:按Q&P钢板成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸厚度为50~80mmQ&P钢坯;
(2)热轧:将钢坯在1150~1250℃,保温60~180min;热轧5~8道次,制得厚度为3~5mm的热轧板;
(3)冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行3~5道次冷轧,制得厚度为1.2~1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
经过所述步骤1的工艺,Q&P钢板完全奥氏体化,并且成分均匀分布。
经所述步骤2的工艺,制得钢板的在280~330℃之间奥氏体的体积百分比为15~50%;30~100℃/s的冷却速度是保证在发生马氏体相变前不发生其他相变的临界冷速;步骤2的工艺条件,保证的完全奥氏体化的Q&P钢板,在生成马氏体前,不发生其他相变;为随后的配分过程中,通过工艺调配,获得更大体积分数的稳定奥氏体做好了前期准备。
所述步骤3(1),配分温度越高,碳元素的扩散越快,配分完成的越快,所需要的保温时间越短。
经所述步骤3,淬火后的Q&P钢板经过一次配分后,不稳定的奥氏体发生部分马氏体相变,再通过控制淬火温度,来控制马氏体相变分数。
所述步骤4(1),配分温度越高,配分完成的越快,所需要的保温时间越短,在这个过程中,原本不稳定的奥氏体,通过二次配分,变得更加稳定,同时,奥氏体中的碳含量,进一步增加,并且,这部分奥氏体由于经过了二次马氏体相变,尺寸更小,稳定性更高。
所述步骤3和步骤4,是属于通过控制一次配分后的部分马氏体相变,并配合二次配分过程,来稳定奥氏体,同时减小奥氏体尺寸,提高奥氏体中碳含量。
本发明的Q&P钢板,经过两次配分之后,最终组织中有8%至22%体积分数的残余奥氏体,并且主要以马氏体为主,并有部分热处理过程中不可避免生产的贝氏体组织;相对于常规工艺的Q&P钢,片状残余奥氏体含量增加,并且残余奥氏体中的碳含量增加。
本发明Q&P钢板的化学成分(以重量%计)限定的原因如下:
C:0.15%至0.28%
碳可以通过间隙固溶强烈提高钢的强度,并且碳含量的升高会强烈降低Ac3,从而降低加热温度节约能源,且碳是最重要的间隙固溶强化元素,为此碳含量的下限为0.15%。但是过高的碳含量对钢的焊接性能、力学性能及耐蚀性能影响很大,而且可能会引起板材强度过高而韧性下降。为此碳的上限设为0.28%。优选值为0.18~0.25%。
Mn:1.0%至3.5%
锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。锰是奥氏体稳定元素,能扩大奥氏体区域,降低Ac3温度。锰具有优良的抑制奥氏体向铁素体转变而提高钢的淬透性的作用。为了降低热处理时的加热温度,把锰的下限定为1.0%,过高的锰的添加会导致成本增加,因此锰的上限设为3.5%。且其成本较锰高,因此限定其上限为5%。Mn的优选值为:1.2~3.0%,
Si+Al:0.9%至2.5%
硅和铝都能抑制碳化物的形成,在钢淬火至室温后在低于Ac1温度范围保温时,硅和铝能够抑制马氏体中碳化物的析出,而使碳配分到残余奥氏体中,提高奥氏体稳定性,从而提高钢的强塑积。过少的Si、Al的添加,不能充分抑制热冲压成形过程中碳化物的析出,因此Si+Al的下限为0.9%。工业生产时,过多的Al会在连铸时阻塞喷嘴,增加连铸的难度,且Al会提高材料马氏体相变开始温度及全奥氏体化温度,因此Al的上限定为1.5%。Si的优选值为0.8~1.8%,Al的优选值为小于0.5%。
P、S、N难以避免杂质
在一般情况下,磷是钢中的有害元素,会增加钢的冷脆性,使焊接性变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。硫通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性,降低钢的延性和焊接性能。氮是一种不可避免的存在于钢中的元素。氮与碳的作用类似,并有助于烘焙硬化。
本发明的解决问题的思路为:普通Q&P钢的组织,主要由马氏体和残余奥氏体组成,其中,其中,马氏体分为回火马氏体和淬火马氏体,回火马氏体是在配分的过程中形成的,经过了碳元素从马氏体向奥氏体中的扩散,因此回火马氏体中的碳含量相对较低;淬火马氏体是经过配分之后,淬火到室温时,由不稳定的奥氏体形成的,这部分马氏体的碳含量相对较高,对组织的韧性、阻止裂纹的扩展等都有不利的影响。并且,相当一部分淬火马氏体,在SEM形貌中,是以马奥(M/A)岛的形式存在的;经过Q&P后的组织中有块状的M/A岛。如果通过合理的工艺控制,使得Q&P钢有更好的组织调配,达到更优秀的力学性能,是一直以来Q&P钢研究的一个热点问题。本发明通过采用传统Q&P钢的成分体系,尽量少的添加合金元素,通过控制热处理工艺,使得原有的不利于韧性的组织,转变为有利于韧性的组织;经过二次配分后,M/A岛组织明显减少。具体思路为:
(a)适用于Q&P钢,在最后冷却过程中会发生马氏体相变,部分不稳定的奥氏体会相变为高碳的马氏体;
(b)通过增加一个二次配分(回火)过程,使得高碳的马氏体向奥氏体中再次发生碳配分,从而稳定更多并且碳含量更高的奥氏体;
(c)在经过Q&P之后的冷却过程中,由于马氏体相变是瞬时发生,并且会分割剩余的奥氏体,从而使得组织进一步细化,最终经过二次配分后稳定的奥氏体大多为片状奥氏体。
本发明的稳定奥氏体的Q&P钢板及其两次配分制备方法,与现有技术相比,有益效果为:
(1)利用马氏体相变原理,在马氏体相变过程中,切割奥氏体晶粒,通过两次通过控制淬火温度来控制马氏体相变,以及两次配分,稳定了更大体积分数的奥氏体;
(2)本发明所得到的奥氏体,经过了两次配分,碳含量更高,更加稳定,能有效提高加工硬化率;
(3)可以与更多的热处理工艺相结合,从而达到更好的力学性能匹配。
附图说明
图1本发明实施例的Q&P钢板的两次配分制备方法的流程图;
图2本发明实施例1制备的Q&P钢板的组织。
具体实施方式
以下实施例的Q&P钢板的两次配分制备方法的流程图如图1所示。
实施例1
一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.24%,Mn:1.8%,Si:1.8%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为60mmQ&P钢坯;
热轧:将钢坯在1200℃,保温120min;热轧7道次,制得厚度为3.5mm的热轧板;
冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在910℃,保温300s,制得完全奥氏体化成分均匀分布的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以50℃/s的冷却速度,淬火到300℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400℃,保温100s;
(2)一次配分后的钢板,以50℃/s的冷却速度,水淬到70℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至400℃,保温50s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1302MPa,延伸率22.5%,强塑积29.3GPa%,其中残余奥氏体的体积分数为13.6%。本实施例制备的Q&P钢板,其微观组织见图2,由图可见,钢板的微观组织为马氏体,残余奥氏体和部分热处理过程中不可避免生产的贝氏体。
实施例2
一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.24%,Mn:1.8%,Si:1.8%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为60mmQ&P钢坯;
热轧:将钢坯在1200℃,保温120min;热轧7道次,制得厚度为3.5mm的热轧板;
冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在910℃,保温300s,制得完全奥氏体化成分均匀分布的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以40℃/s的冷却速度,淬火到290℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400℃,保温100s;
(2)一次配分后的钢板,以40℃/s的冷却速度,水淬到55℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至400℃,保温50s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1321MPa,延伸率21.9%,强塑积28.9GPa%,其中残余奥氏体的体积分数为12.6%。
实施例3
一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.2%,Mn:1.3%,Si:1.7%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为60mmQ&P钢坯;
热轧:将钢坯在1150℃,保温120min;热轧7道次,制得厚度为3.5mm的热轧板;
冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在950℃,保温300s,制得完全奥氏体化成分均匀分布的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以50℃/s的冷却速度,淬火到315℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400℃,保温100s;
(2)一次配分后的钢板,以50℃/s的冷却速度,水淬到60℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至400℃,保温30s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1265MPa,延伸率21.5%,强塑积27.2GPa%,其中残余奥氏体的体积分数为12.4%。
实施例4
一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.2%,Mn:1.3%,Si:1.7%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为80mmQ&P钢坯;
热轧:将钢坯在1150℃,保温180min;热轧8道次,制得厚度为3mm的热轧板;
冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行3道次冷轧,制得厚度为1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在950℃,保温300s,制得完全奥氏体化成分均匀分布的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以30℃/s的冷却速度,淬火到315℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至400℃,保温50s;
(2)一次配分后的钢板,以30℃/s的冷却速度,水淬到80℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至450℃,保温20s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1233MPa,延伸率22.8%,强塑积28.1GPa%,其中残余奥氏体的体积分数为14.2%。
实施例5
一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.25%,Mn:3.5%,Si:1.2%,Al:0.4%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为50mmQ&P钢坯;
热轧:将钢坯在1200℃,保温60min;热轧5~8道次,制得厚度为3.5mm的热轧板;
冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在850℃,保温600s,制得完全奥氏体化成分均匀分布的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以大于30℃/s的冷却速度,淬火到280℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至450℃,保温30s;
(2)一次配分后的钢板,以大于30℃/s的冷却速度,水淬到45℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至400℃,保温80s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1322MPa,延伸率24.5%,强塑积32.4GPa%,其中残余奥氏体的体积分数为13.7%。
实施例6
一种Q&P钢板,成分按重量百分比为:C:0.25%,Mn:3.5%,Si:1.2%,Al:0.4%,余量的Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为3.5mm。
一种Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
熔炼:按Q&P钢成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸为厚度为50mmQ&P钢坯;
热轧:将钢坯在1200℃,保温60min;热轧5道次,制得厚度为3.5mm的热轧板;
冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行5道次冷轧,制得厚度为1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
将厚度为1.8mm的Q&P钢板,在850℃,保温600s,制得完全奥氏体化成分均匀分布的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以大于30℃/s的冷却速度,淬火到300℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至350℃,保温300s;
(2)一次配分后的钢板,以大于30℃/s的冷却速度,水淬到60℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至400℃,保温50s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得的Q&P钢板。
本实施例制备的的Q&P钢板,抗拉强度1313MPa,延伸率23.8%,强塑积31.2GPa%,其中残余奥氏体的体积分数为12.9%。
Claims (5)
1.一种Q&P钢板,其特征在于,成分按重量百分比为:C:0.15~0.28%,Mn:1.0~3.5%,Si+Al:0.9~2.5%,余量为Fe和不可避免的杂质;钢板厚度为1.2~1.8mm;所述钢板的抗拉强度≥1200MPa,延伸率≥20%,强塑积≥25000MPa。
2.根据权利要求1所述的Q&P钢板,其特征在于,微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余奥氏体的体积分数为8~22%。
3.权利要求1所述的Q&P钢板的两次配分制备方法,包括如下步骤:
步骤1,完全奥氏体化:
按Q&P钢板的成分,配料制得厚度为1.2~1.8mm的普通Q&P钢板,在850~950℃,保温100~1000s,制得完全奥氏体化的Q&P钢板;
步骤2,奥氏体发生部分马氏体相变:
将完全奥氏体化的Q&P钢板,以30~100℃/s的冷却速度,淬火到280~330℃;
步骤3,一次配分过程:
(1)将淬火后的Q&P钢板,升温至350~450℃,保温30~600s;
(2)一次配分后的钢板,以30~100℃/s的冷却速度,水淬到20~80℃;
步骤4,二次配分过程:
(1)将水淬后的钢板,在升温至350~450℃,保温30~600s;
(2)二次配分后的钢板,淬火到室温,制得Q&P钢板。
4.根据权利要求3所述的Q&P钢板的两次配分制备方法,其特征在于,所述步骤1中,普通Q&P钢板的制备,包括以下步骤:
(1)熔炼:按Q&P钢板成分配料,精炼和连铸制得截面尺寸厚度为50~80mmQ&P钢坯;
(2)热轧:将钢坯在1150~1250℃,保温60~180min;热轧5~8道次,制得厚度为3~5mm的热轧板;
(3)冷轧:将热轧板酸洗,去除表面的氧化铁皮;进行3~5道次冷轧,制得厚度为1.2~1.8mm的冷轧板,即为普通Q&P钢板。
5.根据权利要求3所述的Q&P钢板的两次配分制备方法,其特征在于,经所述步骤2的工艺,在280~330℃之间奥氏体的体积百分比为15~50%。
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