CN106756528B

CN106756528B - 一种高氮中锰钢薄带及其近终成形制备方法

Info

Publication number: CN106756528B
Application number: CN201611016035.XA
Authority: CN
Inventors: 袁国; 王鹤松; 曹光明; 李成刚; 陈弘; 方烽; 康健; 张元祥; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-08-17
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: CN106756528A

Abstract

一种高氮中锰钢薄带及其近终成形制备方法，属于钢铁合金材料技术领域，成分按质量百分比为含C 0.05~0.5％，Mn 5~12％，N 0.05~0.2％，Si 0.05~2％，S<0.002％，P<0.003％，Al＜5％，余量为Fe；厚度为0.5~1.2mm，抗拉强度为800~1200MPa，断后延伸率为20~60％，强塑积为24~50GPa·％；制备方法为：（1）在氮气的气氛下熔炼钢水，浇入双辊薄带连铸设备中铸轧；（2）将铸带进行热轧，空冷后卷曲；（3）酸洗后冷轧；（4）逆相变退火，空冷至室温。本发明技术可以省去传统常规带钢生产工艺的连铸机、加热炉、粗轧机组及精轧机组等生产设备，是一种节能、环保、低成本的短流程技术。

Description

一种高氮中锰钢薄带及其近终成形制备方法

技术领域

本发明属于钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种高氮中锰钢薄带及其近终成形制备方法。

背景技术

近些年来，随着汽车工业的快速发展，节能、减排和提高安全性已经是其主要的发展目标。应用先进高强钢以实现汽车轻量化，是实现该目标的一个重要手段。先进高强钢一方面具有较高的强塑积（强度×延伸率），强塑积已经是衡量先进高强钢性能的重要指标；先进高强钢另一方面具有较好的成形性能、耐碰撞性能和高加工硬化能力等优良性能。目前，先进汽车高强钢已经发展到第三代。第一代先进汽车高强钢主要包括无间隙原子钢（IF）、高强度低合金钢（HSLA）、双相钢（DP）、相变诱发塑性钢（TRIP）和马氏体钢等钢种，它们的强塑积为10~20 GPa·％，第一代先进汽车高强钢已经可以应用于汽车工业。第二代先进汽车高强钢具有较高的合金元素的添加，如添加较高Mn元素的孪晶诱发塑性钢（TWIP）。由于第二代先进汽车高强钢添加了较高的合金元素，并且它们需要复杂的处理工艺，因此第二代先进汽车高强钢成本比较高，其应用受到了一定限制。第三代先进汽车高强钢的目标是，相对于第二代先进汽车高强钢，降低合金添加量以降低成本，获得较高强塑积及良好成型性的先进汽车高强钢，从而满足汽车工业的需求。目前认为，中锰钢是第三代先进汽车高强钢的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种高氮中锰钢薄带及其近终成形制备方法，利用双辊薄带连铸技术的亚快速凝固过程有效的在铸带中固溶较高的氮含量（0.05~0.2％），经过后续热轧、卷曲、冷轧和逆相变退火，获得性能优良的高氮中锰钢薄带同时，缩短流程，降低成本。

本发明高氮中锰钢薄带，成分按质量百分比为含C 0.05~0.5％，Mn 5~12％，N0.05~0.2％，Si 0.05~2％，S<0.002％，P<0.003％，Al＜5％，余量为Fe；厚度0.5~1.2mm，抗拉强度为800~1200MPa，断后延伸率为20~60％，强塑积为24~50GPa·％。

上述的高氮中锰钢薄带的组织由铁素体+奥氏体组成，奥氏体和铁素体的晶粒尺寸范围均为80nm~5μm。

本发明的高氮中锰钢薄带的近终成形制备方法按以下步骤进行：

1、按设定成分在氮气的气氛下熔炼钢水，然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为1.8~3.0mm的铸带；

2、将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1000~1100℃，热轧总压下量为10~30％，终轧温度为900~1000℃，获得的热轧板空冷至550~700℃进行卷曲，得到热轧板；

3、将热轧板酸洗去除氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧总压下量为50~70％，得到冷轧板；

4、将冷轧板加热至630~760℃保温3min~12h，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带。

上述方法中，热轧板的厚度为1.5~2.4mm；高氮中锰钢薄带厚度为0.5~1.2mm。

本发明的特点是：制备的高氮中锰钢薄带具有较高的氮含量（0.05~0.2％），可以高于传统常规的制备方法；高氮中锰钢薄带中较高的氮含量一方面可以保证有足够的氮原子能够以间隙原子的形式来稳定和强化奥氏体；另一方面可以保证形成大量的细小弥散的强化相，提高了高氮中锰钢薄带的强度。

中锰钢的主要合金元素为锰和碳，其中锰的质量分数一般为4~12％，碳的质量分数一般为0.1~0.5％；锰元素在中锰钢中的主要作用是首先通过获得马氏体组织，然后在随后的逆转变过程中，锰元素在奥氏体相富集、稳定奥氏体，从而利用马氏体转变为超细晶的铁素体和奥氏体组织；碳元素同样富集到奥氏体中，起到稳定奥氏体作用；经过逆相变后，中锰钢组织中奥氏体的体积分数一般在20~50％；此外，可以在中锰钢中添加一定量的Al元素，这种成分体系下所制备的中锰钢组织比不加铝的中锰钢组织要粗大；中锰钢不仅相对于第二代汽车高强钢降低了一定的合金成分，而且综合力学性能得到显著改善；

双辊薄带连铸技术是以液态金属为浇注原料，利用旋转方向相反两个的铸辊作为结晶器，液态金属通过中间包浇注在铸辊间形成熔池并通过铸辊辊缝凝固并成型，直接制备出厚度为1~5mm的带材的技术；该技术可以使带钢生产线缩短至50~60m，是钢铁产品生产中典型的节能、环保、低成本的短流程技术；此外，其凝固过程为典型的亚快速凝固，冷却速度可以达到1000K/s，有助于组织细化和抑制成分偏析；通常，在传统常规厚板坯及薄板坯连铸（浇铸）过程，凝固时冷却速度较小（厚板坯：＜10^-2K/s；薄板坯：10^-2~10¹K/s），若在成分设计上添加较高氮元素，铸坯中极易出现气孔和缩孔缺陷，采用双辊薄带连铸技术可以很好地解决该类缺陷，提高成材率；本发明主要利用薄带连铸的亚快速凝固特点，使大量的氮元素固溶在铸带中，以开发性能优异的高氮中锰钢；

经检索，专利CN 105925896 A公开了一种1000MPa级高强度高塑性热轧钢板及其制造方法；该专利中高强度高塑性热轧钢板的成分及质量百分比为：C 0.15~0.3％，Mn 5~6％，N 0.05~0.12％，Si<0.2％，S<0.01％，P<0.01％，Al 0.002~0.04％，余量为Fe；该专利中生产工艺采用传统常规的制备方法，即冶炼→浇铸成铸锭→再加热→热轧→逆相变退火；与专利CN 105925896 A不同的的是，本发明采用双辊薄带连铸技术，利用其亚快速凝固特点，使高氮中锰钢中氮含量最高可以达到0.2%，可以高于专利CN 105925896 A中高强度高塑性热轧钢板的氮含量，并且本发明采用的是短流程近终成型技术，省去传统常规流程的再加热流程，节约能耗，降低成本。

本发明的方法采用的是双辊薄带连铸技术，该技术的凝固过程为亚快速凝固，冷却速率可以达到1000℃/s，在薄带连铸过程中，该技术的亚快速凝固能够保证相变过程快速通过铁素体单相区，进入奥氏体单相区，由于奥氏体溶氮的能力较强，能够保证氮的均匀分布，不会产生气孔和缩孔缺陷。

本发明所制备的高氮中锰钢薄带的近终成形制备方法采用的是双辊薄带连铸技术，该技术可以省去传统常规带钢生产工艺的连铸机、加热炉、粗轧机组及精轧机组等生产设备，是一种节能、环保、低成本的短流程技术。

附图说明

图1是本发明的高氮中锰钢薄带的近终成形制备方法流程示意图，其中，1、钢包，2、中间包，3、熔池，4、铸辊，5、铸带，6、热轧机，7、热轧板，8、卷取机，9、酸洗，10、冷轧机，11、冷轧板，12、逆相变退火，13、高氮中锰钢薄带。

具体实施方式

本发明的钢水从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，是将中间包中的钢水浇入旋转方向相反的两个铸辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，钢液经铸辊的辊缝凝固并导出。

本发明实施例中强度和延伸率的测试采用的标准为GB/T228.1-2010，拉伸样的标距为50mm，室温下测试，拉伸速率为2mm/min。

实施例1

在氮气的气氛下熔炼钢水，其成分按质量百分比为含C 0.1％，Mn 5％，N 0.05％，Si 0.05％，S 0.001％，P 0.002％，Al 0.001％，余量为Fe；然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为1.8mm的铸带；

将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1000℃，热轧总压下量为17％，终轧温度为900℃，获得的热轧板空冷至700℃进行卷曲，得到热轧板；其中热轧板的厚度为1.5mm；

将热轧板酸洗去除氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧总压下量为60％，得到厚度0.6mm冷轧板；

将冷轧板加热至680℃保温1h，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带，其组织由超细晶铁素体+奥氏体组成，奥氏体和铁素体的晶粒尺寸范围均为80nm~200nm，抗拉强度为1000MPa，断后延伸率为30％，强塑积为30GPa·％。

实施例2

在氮气的气氛下熔炼钢水，其成分按质量百分比为含C 0.2％，Mn 9％，N 0.15％，Si 0.1％，S 0.0008％，P 0.001％，Al 0.009％，余量为Fe；然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为3.0mm的铸带；

将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1100℃，热轧总压下量为20％，终轧温度为1000℃，获得的热轧板空冷至670℃进行卷曲，得到热轧板；其中热轧板的厚度为2.4mm；

将热轧板酸洗去除氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧总压下量为50％，得到厚度1.2mm冷轧板；

将冷轧板加热至660℃保温4h，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带，其组织由超细晶铁素体+奥氏体组成，奥氏体和铁素体的晶粒尺寸范围均为100nm~300nm，其抗拉强度为1050MPa，断后延伸率为40％，强塑积为42GPa·％。

实施例3

在氮气的气氛下熔炼钢水，其成分按质量百分比为含C 0.5％，Mn 12％，N 0.2％，Si 2％，S 0.001％，P 0.002％，Al 0.002％，余量为Fe；然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为2.5mm的铸带；

将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1050℃，热轧总压下量为24％，终轧温度为950℃，获得的热轧板空冷至650℃进行卷曲，得到热轧板；其中热轧板的厚度为1.9mm；

将热轧板酸洗去除氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧总压下量为70％，得到厚度0.57mm冷轧板；

将冷轧板加热至630℃保温12h，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带，其组织由超细晶铁素体+奥氏体或组成，奥氏体和铁素体的晶粒尺寸范围均为100nm~200nm，其抗拉强度为1200MPa，断后延伸率为20％，强塑积为24GPa·％。

实施例4

在氮气的气氛下熔炼钢水，其成分按质量百分比为含C 0.25％，Mn 10％，N0.05％，Si 1.8％，S 0.001％，P 0.0025％，Al 5％，余量为Fe；然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为2.7mm的铸带；

将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1100℃，热轧总压下量为10％，终轧温度为990℃，获得的热轧板空冷至550℃进行卷曲，得到热轧板；其中热轧板的厚度为2.4mm；

将冷轧板加热至760℃保温3min，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带，其组织由铁素体+奥氏体组成，奥氏体和铁素体的晶粒尺寸范围均为1μm ~5μm，其抗拉强度为1000MPa，断后延伸率为50％，强塑积为50GPa·％。

实施例5

在氮气的气氛下熔炼钢水，其成分按质量百分比为含C 0.05％，Mn 12％，N0.16％，Si 1.1％，S 0.001％，P 0.0021％，Al 0.0031％，余量为Fe；然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为2.15mm的铸带；

将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1100℃，热轧总压下量为30％，终轧温度为950℃，获得的热轧板空冷至600℃进行卷曲，得到热轧板；其中热轧板的厚度为1.5mm；

将热轧板酸洗去除氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧总压下量为66％，得到厚度0.5mm冷轧板；

将冷轧板加热至670℃保温5h，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带，其组织由铁素体+奥氏体组成，奥氏体和铁素体的晶粒尺寸范围均为150nm~350nm，抗拉强度为800MPa，断后延伸率为60％，强塑积为48GPa·％。

Claims

1.一种高氮中锰钢薄带的近终成形制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）按设定成分在氮气的气氛下熔炼钢水，其成分按质量百分比为含C 0.05~0.5％，Mn5~12％，N 0.05~0.2％，Si 0.05~2％，S<0.002％，P<0.003％，Al＜5％，余量为Fe；然后浇注到中间包内，再从中间包浇入双辊薄带连铸设备中，经铸轧获得厚度为1.8~3.0mm的铸带；

（2）将铸带冷却至开轧温度后进行热轧，开轧温度为1000~1100℃，热轧总压下量为10~30％，终轧温度为900~1000℃，获得的热轧板空冷至550~700℃进行卷曲，得到热轧板；

（3）将热轧板酸洗去除氧化铁皮，然后进行冷轧，冷轧总压下量为50~70％，得到冷轧板；

（4）将冷轧板加热至630~760℃保温3min~12h，完成逆相变退火，再空冷至室温，得到高氮中锰钢薄带，其厚度为0.5~1.2mm，抗拉强度为800~1200MPa，断后延伸率为20~60％，强塑积为24~50GPa·％。