一種釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種1000MPa級(jí)以上釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼及制備方法，該熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼按質(zhì)量百分比包括C：0.18～0.23％，Si≤0.50％，Mn：1.0～1.5％，V：0.16～0.20％，N：0.01～0.03％，并限制P≤0.06％，S≤0.005％，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過合理的成分設(shè)計(jì)及工藝控制，使得抗拉強(qiáng)度≥1000MPa，斷后延伸率≥22.0％，屈強(qiáng)比≤0.69，加工硬化指數(shù)≥0.22，擴(kuò)孔率≥90％；顯微組織中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)≥12.0％，基體中彌散地分布著直徑為2～5nm的細(xì)小V(C，N)析出粒子。
【專利說明】一種釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金材料【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種1000MPa級(jí)以上I凡微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著地球溫室效應(yīng)的影響和二氧化碳排放量的日益增加，在提高安全性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，高強(qiáng)鋼和先進(jìn)制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用是解決此難題的有效方法。
[0003]相變誘導(dǎo)塑性鋼雖然同時(shí)具備高強(qiáng)度和高塑性的優(yōu)點(diǎn)，但其需要添加一定量的Si (1.5%左右)抑制滲碳體析出，以便于在室溫下獲得一定體積分?jǐn)?shù)的殘余奧氏體，然而高Si含量會(huì)導(dǎo)致鋼板熱軋時(shí)表面形成大量氧化物且這些氧化物在隨后的酸洗過程中不能被輕松去除，其影響了相變誘導(dǎo)塑性鋼的廣泛應(yīng)用。
[0004]高強(qiáng)相變誘導(dǎo)塑性鋼可采用如下的手段提升其性能:/
[0005](I)Al替代部分Si:A1與Si類似，均可抑制或者延遲滲碳體析出，因此使用Al代Si可改善表面質(zhì)量，然而由于Al不能提供與Si相同的固溶強(qiáng)化作用，在降低了抗拉性能的同時(shí)還會(huì)顯著提高M(jìn)s點(diǎn)，降低殘奧的穩(wěn)定性；
[0006](2)增加C含量:將C含量增加到0.3~0.4%，可使相變誘導(dǎo)塑性鋼的強(qiáng)度達(dá)到1000MPa以上，然而如此高的C含量會(huì)嚴(yán)重影響焊接性能，以及使熱軋變得困難；
[0007](3)增加馬氏體含量:采用在最終組織中產(chǎn)生少量馬氏體，可提高強(qiáng)度，但會(huì)損失了韌性和成型性。
[0008]利用成分及工藝的設(shè)計(jì)來提高綜合性能，仍是高強(qiáng)TRIP鋼發(fā)展的主要趨勢(shì)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]針對(duì)高強(qiáng)相變誘導(dǎo)塑性鋼在發(fā)展過程中存在的諸多問題，本發(fā)明提供了一種1000MPa級(jí)以上釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼及制備方法，采用本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)及制備方法，可以生產(chǎn)出具有良好表面質(zhì)量和綜合力學(xué)性能的1000MPa級(jí)以上熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼，其可以有效緩解汽車工業(yè)面臨著環(huán)境保護(hù)和安全性的問題。該鋼材除可用于制造高質(zhì)量的汽車板、底盤部件、車門、沖擊梁，還可以用于制造結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件、安全件等構(gòu)件。
[0010]本發(fā)明提供的鋼材的按質(zhì)量百分比包括C:0.18~0.23%, Si ( 0.50%, Mn:
1.0 ~1.5%, V:0.16 ~0.20%, N:0.01 ~0.03%, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.005%，余量為 Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
[0011]優(yōu)選的，所述熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的軋制過程中，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為1100~1150°C，累計(jì)壓下率≥80% ;未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為900~950°C，累計(jì)壓下率≥81% ;所述軋制過程的終軋溫度為800~840°C。
[0012]采用兩階段控制軋制，較大的累積壓下率加之適當(dāng)降低最后幾個(gè)道次的軋制溫度，一方面使得奧氏體晶粒被反復(fù)拉伸壓扁，增加Υ/α的界面長(zhǎng)度，晶界區(qū)因?yàn)閮?nèi)吸附作用，可偏聚較多的碳，有利于粒狀貝氏體中小島的形成；另一方面，增加晶粒中的層錯(cuò)能，從而增加了自由能和固溶原子的擴(kuò)散速率，而固溶原子擴(kuò)散速率增加的進(jìn)一步影響是使未相變的奧氏體中富含碳，從而增加其穩(wěn)定性，有利于穩(wěn)定殘余奧氏體的保留，最終產(chǎn)品鋼中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)≥ 12.0%。
[0013]優(yōu)選的，所述熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的制備方法包括冷卻過程，所述冷卻過程包括:首先以20~30°C /s的冷速層流冷卻至710~740°C，然后空冷至650~690°C，最后采用氣霧冷卻，以≥500C /s的冷速冷卻至380~420°C。
[0014]采用三段式冷卻(層流冷卻一空冷一氣霧冷卻)，并嚴(yán)格控制冷卻速度和冷卻溫度，可使得最終微觀組織形成多邊形鐵素體+島狀貝氏體+殘余奧氏體三相復(fù)合組織，基體中彌散地分布著直徑為2~5nm的細(xì)小V (C，N)析出粒子。根據(jù)有關(guān)的方法進(jìn)行估算，其對(duì)材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)≥ 200MPa。本發(fā)明的相變誘導(dǎo)塑性鋼具備優(yōu)良的綜合性能，其抗拉強(qiáng)度≥lOOOMPa，斷后延伸率≥22.0%，屈強(qiáng)比≥0.69，加工硬化指數(shù)≥0.22，擴(kuò)孔率≥90%。
[0015]優(yōu)選的，所述熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)≥ 12.0%，基體中彌散地分布著直徑為2~5nm的細(xì)小V (C，N)析出粒子。
[0016]本發(fā)明還提供了一種鋼材的制備方法，包括:
[0017](1)鋼錠加熱至1200±10°C，鍛造成厚度為100~220mm的板坯；
[0018](2)將板坯加熱到1200~1250°C，保溫I~2h ; [0019](3)軋制；
[0020](4)冷卻；
[0021](5)卷取，將冷卻至380~420°C溫度的鋼帶卷取成鋼卷，自然冷至室溫即得到本發(fā)明的成品鋼卷；所述鋼錠按質(zhì)量百分比包括c:0.18~0.23%，Si≤0.50%，Mn:1.0~
1.5%, V:0.16 ~0.20%, N:0.01 ~0.03%, P ≤0.06%, S ≤ 0.005%，余量為 Fe 及其他不可避免的雜質(zhì)。
[0022]優(yōu)選的，所述軋制過程中，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為1100~1150°C，累計(jì)壓下率≥80% ;未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為900~950°C，累計(jì)壓下率≤81% ;所述軋制過程的終軋溫度為800~8400C ο
[0023]優(yōu)選的，所述熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的制備方法包括冷卻過程，所述冷卻過程包括:首先以20~30°C /s的冷速層流冷卻至710~740°C，然后空冷至650~690°C，最后采用氣霧冷卻，以≥500C /s的冷速冷卻至380~420°C。
[0024]本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的成品鋼卷厚度為3~9mm，其抗拉強(qiáng)度≥lOOOMPa，斷后延伸率≥22.0%，屈強(qiáng)比≤0.69，加工硬化指數(shù)≥ 0.22，擴(kuò)孔率≥ 90% ;顯微組織由鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體組成，其中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)≥12.0%，基體中彌散地分布著直徑為2~5nm的細(xì)小V(C，N)析出粒子。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0026](I)本發(fā)明采用低Si成分設(shè)計(jì)，提高鋼板的表面質(zhì)量，利于涂鍍；
[0027](2)本發(fā)明省去了脫磷工序，有效利用P與Si都可固溶強(qiáng)化鐵素體和奧氏體的類似作用，彌補(bǔ)降低Si含量引起的強(qiáng)度損失；
[0028](3)本發(fā)明添加了 0.16~0.20%的V，并通過增加氮含量至0.01~0.03%，使鋼中固溶狀態(tài)的V更多的轉(zhuǎn)變?yōu)槲龀鰻顟B(tài)，起到了更多的沉淀強(qiáng)化作用；而且N的增加還會(huì)促進(jìn)碳(氮)化釩在奧氏體和鐵素體界面的析出，有效阻止鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，起到了細(xì)化鐵素體晶粒的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例工藝1- VI制備的相變誘導(dǎo)塑性鋼的微觀組織金相圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例工藝1- VI制備的相變誘導(dǎo)塑性鋼的掃描組織；
[0031]圖3為本發(fā)明實(shí)施例工藝1- VI制備的相變誘發(fā)塑性鋼在透射電鏡下觀察到的殘余奧氏體形貌；
[0032]其中(a):殘余奧氏體的明場(chǎng)形貌，(b):殘余奧氏體的暗場(chǎng)形貌，(c): (a)中圓形區(qū)域所標(biāo)識(shí)的衍射花樣。
[0033]圖4為本發(fā)明實(shí)施例工藝1- VI制備的相變誘發(fā)塑性鋼在透射電鏡下觀察到的析出形貌；
[0034]其中(a):析出相的TEM形貌，(b): (a)中區(qū)域A的EDS分析結(jié)果。
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例工藝1- VI中制備的相變誘發(fā)塑性鋼在透射電鏡下觀察到的基體組織中存在的高密度位錯(cuò)；
[0036]圖6為本發(fā)明實(shí)施例工藝1-1、1-11、1-111、1-1￥和1_ VI制備的相變誘發(fā)塑性鋼的拉伸曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下實(shí)施例中選用的鋼材的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為C:0.18~0.23%，Si ≤ 0.50 %，Mn:1.0 ~1.5 %，V:0.16 ~0.20 %，N:0.01 ~0.03 %，P ≤ 0.06 %，S≤0.005%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0038]以下實(shí)施例均按照如下方法制備:
[0039](I)鍛造，按照成分要求冶煉成鋼錠，加熱至1200±10°C，鍛造成厚度為100~220mm的板還；
[0040](2)加熱，將板坯裝入加熱爐中加熱到1200~1250°C，保溫I~2h ;
[0041](3)軋制，采用兩階段控制軋制，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為1100~1150°C，累計(jì)壓下率^80% ;未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為900~950°C，累計(jì)壓下率≥81%，在軋制過程中適當(dāng)降低最后幾個(gè)道次的軋制溫度，使得終軋溫度為800~840°C ；
[0042](4)冷卻，熱軋后的鋼帶采用三段式冷卻(層流冷卻一空冷一氣霧冷卻)，首先以20~30°C /s的冷速層流冷卻至710~740°C，然后空冷至650~690°C，最后采用氣霧冷卻，以≥50°C /s的冷速冷卻至380~420°C ；
[0043](5)卷取，將冷卻至380~420°C溫度的鋼帶卷取成鋼卷，自然冷至室溫得到本發(fā)明的成品鋼卷。
[0044]實(shí)施例中對(duì)于樣品的性能測(cè)試采用如下的方法進(jìn)行:
[0045]沿制備得到的成品鋼卷上取樣，在LEICA DMIRM多功能光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行顯微組織分析，金相試樣經(jīng)研磨、拋光后，采用(Na2S203.Η20108+Η20100πι1)和4%硝酸酒精復(fù)合侵蝕，經(jīng)這種方法侵蝕后，鐵素體呈淺灰色，殘余奧氏體為白色，貝氏體為黑色。
[0046]沿制備得到的成品鋼卷上取樣進(jìn)行透射和X射線衍射分析，利用Η-800型透射電鏡分別觀察釩的碳氮化物析出、位錯(cuò)以及殘余奧氏體形貌和體積分?jǐn)?shù)。用D/max2400型X射線衍射儀測(cè)定試樣中殘余奧氏體相對(duì)量時(shí)，測(cè)定(220) y和(200) α峰的衍射強(qiáng)度，采用式Vy = 1.41 r (Ια+1.4Ιy)求得殘余奧氏體的相對(duì)量；鐵素體晶粒尺寸取5張組織圖進(jìn)行分析計(jì)算，然后取平均值，晶粒尺寸采用割線法來測(cè)定。
[0047]從制備得到的成品鋼卷上取樣按標(biāo)準(zhǔn)制成拉伸試樣，有效標(biāo)距為50X15mm，在SANA萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,拉伸速度5mm/min。
[0048]從制備得到的厚度≤6mm的成品鋼卷上取3個(gè)試樣，按照國(guó)標(biāo)GB/T15825.4-2008進(jìn)行制備樣品，在萬能薄板成型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)孔試驗(yàn)，其中壓邊力為50KN，錐頭凸模運(yùn)動(dòng)速度為6mm/min。
[0049]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0050]實(shí)施例1
[0051]本實(shí)施例所選用鋼材的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為C:0.18%, S1:0.24%, Mn:
1.36%, V:0.16%, N:0.01%, P:0.054%, S:0.003%，余量為 Fe 及其他不可避免的雜質(zhì)。[0052]按照上述成分要求冶煉成鋼錠，加熱至1200°C，鍛造成厚度為IOOmm的板坯。將板坯裝入加熱爐中加熱到1190°C，保溫2h，然后采用兩階段控制軋制:再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為1100~1120°C，累計(jì)壓下率為80%，得到20mm厚的中間坯；未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為900~915°C，在軋制過程中適當(dāng)降低最后幾個(gè)道次的軋制溫度，使得終軋溫度為800~840°C，累計(jì)壓下率為85%，帶鋼厚度為3.0mm。
[0053]熱軋后的帶鋼采用三段式冷卻(層流冷卻一空冷一氣霧冷卻)，首先以~20°C /s的冷速層流冷卻至710~720°C (表中簡(jiǎn)稱此溫度為一段終溫)，然后空冷至650~6900C (表中簡(jiǎn)稱此溫度為二段終溫)，最后采用氣霧冷卻，以~50°C /s的冷速冷卻至貝氏體溫度區(qū)間390~420°C (表中簡(jiǎn)稱此溫度卷取溫度)；隨后將鋼帶卷取成鋼卷，自然冷至室溫即得到本發(fā)明的成品鋼卷。具體控軋控冷工藝參數(shù)如表1所示。
[0054]表1實(shí)施例1的控軋控冷工藝參數(shù)
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼，其特征在于，所述的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼按質(zhì)量百分比包括 C:0.18 ~0.23%, Si ( 0.50%, Mn:1.0 ~1.5%, V:0.16 ~0.20%, N:0.01~0.03%, P ( 0.06%, S≤0.005%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼，其特征在于，熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的軋制過程中，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為1100~1150°C，累計(jì)壓下率≥80% ;未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為900~950°C，累計(jì)壓下率≤81% ;所述軋制過程的終軋溫度為800~840°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼，其特征在于，熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的制備方法包括冷卻過程，所述冷卻過程包括:首先以20~30°C /s的冷速層流冷卻至710~740°C，然后空冷至650~690°C，最后采用氣霧冷卻，以≥50°C /s的冷速冷卻至380~420。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼，其特征在于，所述熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼中殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)> 12.0%，基體中彌散地分布著直徑為2~5nm的V (C，N)析出粒子。
5.一種釩微合金化熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼的制備方法，包括: (1)鋼錠加熱至1200±10°C，鍛造成厚度為100~220mm的板坯； (2)將板坯加熱到1200~1250°C，保溫I~2h; (3)軋制； (4)冷卻； (5)卷取，將冷卻至380~420°C溫度的鋼帶卷取成鋼卷，自然冷至室溫即得到本發(fā)明的成品鋼卷； 所述鋼錠按質(zhì)量百分比包括C:0.18~0.23%, Si ( 0.50%, Mn:1.0~1.5%，V:0.16~0.20%, N:0.01~0.03%, P≤0.06%, S≤0.005%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述軋制過程中，再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為1100~1150°C，累計(jì)壓下率≥80 % ;未再結(jié)晶區(qū)開軋溫度為900~950 V，累計(jì)壓下率^ 81% ;所述軋制過程的終軋溫度為800~840°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷卻過程包括:首先以20~30°C/s的冷速層流冷卻至710~740°C，然后空冷至650~690°C，最后采用氣霧冷卻，以≥50°C /s的冷速冷卻至380~420°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/12GK103898404SQ201410174042
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】侯曉英, 王業(yè)勤, 韓杰, 許榮昌 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司