高强度钢材的退火工艺方法技术

本发明专利技术是关于一种高强度钢材的退火工艺方法，该方法包括以下步骤：提供合金钢材，该合金钢材的组成包括0.1‑0.4wt%的碳、1‑3wt%的锰、1‑2wt%的硅、0.1‑0.2wt%的钛及余量的铁和不可避免的杂质；加热该合金钢材至奥氏体生成温度，以使该合金钢材形成奥氏体相；冷却该合金钢材至铁素体生成温度，以使该合金钢材形成界面纳米析出物及铁素体相；冷却该合金钢材至贝氏体生成温度，以使该合金钢材形成贝氏体相；以及冷却该合金钢材至常温，以制得具有复相显微组织的高强度钢材。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种钢材的退火工艺方法，特别是关于一种高强度钢材的退火工艺方法。【现有技术】近年来因为应节能减碳的需求，汽车工业界致力于减轻车体的重量，以降低油耗达到节能减碳的目的。已知减轻车体重量的有效途径是薄化车体用钢板的厚度，然而在薄化钢板的厚度时，却又不能牺牲车体的安全性，因此，车用钢板的强度必须予以提升。而在提升车用钢板强度的同时，亦不能牺牲钢板的延展性，故有必要开发出高强度高延展性的车用钢板钢材。过去几年钢铁业发展出所谓第一代（1stgeneration）及第二代（2ndgeneration）高强度车用钢板钢材（advancedhighstrengthsteel,AHSS）。第一代高强度车用钢板钢材主要是指相变诱导塑性钢（TRIP-assistedsteels），其拉伸强度约在600至1000MPa之间，而延伸率则在20至40%之间，强塑积（即拉伸强度与延伸率的乘积）小于20GPa%。由于相变诱导塑性钢的拉伸强度与延伸率低于汽车工业界的需求，于是有了第二代高强度车用钢板钢材的开发。第二代高强度车用钢板钢材主要是指孪晶诱导塑性钢（TWIPsteels），属于高锰合金钢，其锰含量约在20-30wt%之间。孪晶诱导塑性钢有极佳的强度，其拉伸强度约在600至1100MPa之间，而延伸率可维持在60至95%之间，以致强塑积可高达60GPa%。虽然孪晶诱导塑性钢已发展近10年，但却仍未能被汽车工业界所接受的主因是其所需锰含量太高，不符合商业成本考虑。由于第一代高强度车用钢板钢材的强塑积过低无法满足车用钢板性质需求及第二代高强度车用钢板钢材的锰合金用量太高无法满足商业成本需求，因此，汽车工业界已转向第三代高强度车用钢板钢材的开发。参阅图1，其为显示第三代高强度车用钢板钢材的性质目标区坐标范围图。如图1所示，第三代高强度车用钢板钢材的强塑积约在20至40GPa%的范围。然而，汽车工业界对于第三代高强度车用钢板钢材的工艺方法尚处于开发阶段，尤其是钢材的退火工艺应如何设计才能使钢材达到目标强塑积，是目前汽车工业界相当重要的课题。因此，有必要提供创新且具进步性的高强度钢材的退火工艺方法，以制作出符合第三代高强度车用钢板钢材性质需求的钢材。
技术实现思路
本专利技术提供一种高强度钢材的退火工艺方法，包括以下步骤：提供合金钢材，该合金钢材的组成包括0.1-0.4wt%的碳、1-3wt%的锰、1-2wt%的硅、0.1-0.2wt%的钛及余量的铁和不可避免的杂质；加热该合金钢材至奥氏体生成温度，以使该合金钢材形成奥氏体相；冷却该合金钢材至铁素体生成温度，以使该合金钢材形成界面纳米析出物及铁素体相；冷却该合金钢材至贝氏体生成温度，以使该合金钢材形成贝氏体相；以及冷却该合金钢材至常温，以制得具复相显微组织的高强度钢材。本专利技术的退火工艺方法可制作出拉伸强度815MPa、延伸率26%及强塑积为21.2GPa%的高强度钢材，其钢材的性质符合第三代高强度车用钢板钢材的性质需求。为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。【图式简单说明】图1显示第三代高强度车用钢板钢材的性质目标区坐标范围图；图2显示本专利技术高强度钢材的退火工艺方法流程图；图3显示本专利技术升温速率为5℃/秒的Ac1(过共析钢加热时，开始形成奥氏体的温度)及Ac3(亚共析钢加热时，所有铁素体均转变为奥氏体的温度)温度测量曲线；图4(a)及(b)分别显示本专利技术钢材的二个阶段的温度-时间-相变态曲线及连续冷却相变态曲线；图5显示专利技术例的退火工艺温度-时间曲线图；图6显示专利技术例的钢材的显微组织照片；图7显示专利技术例的钢材的铁素体内的碳化钛纳米析出物显微照片；及图8显示专利技术例钢材的性质坐标范围图。【实施方式】图2显示本专利技术高强度钢材的退火工艺方法流程图。参阅图2的步骤S21，提供合金钢材，该合金钢材的组成包括0.1-0.4wt%的碳、1-3wt%的锰、1-2wt%的硅、0.1-0.2wt%的钛及余量的铁和不可避免的杂质。在此步骤中，0.1-0.4wt%的碳可改变钢材强度及残留奥氏体量，以增加钢材的延伸率；1-3wt%的锰可提高钢材的硬化度及降低退火时的冷却速率，并放宽冷速的工艺条件；1-2wt%的硅可抑制贝氏体区的渗碳体碳化物生成，进而增加钢材的延展性，同时固溶强化提高钢材强度；0.1-0.2wt%的钛可生成界面纳米析出碳钛化物，以强化钢材，或者，在另一实施例中，可以钒、铌、钼或钨来置换钛。另外，在此步骤中，可热轧或冷轧该合金钢材，以形成轧延板材。参阅步骤S22，加热该合金钢材至奥氏体生成温度，以使该合金钢材形成奥氏体相。在本实施例中，奥氏体生成温度为800至1100℃，而恒温时间为60至300秒。参阅步骤S23，冷却该合金钢材至铁素体生成温度，以使该合金钢材形成界面纳米析出物及铁素体相。在此步骤中，较佳的冷却速率为5至40℃/秒，而铁素体生成温度为580至750℃，且恒温时间为不大于60秒。另外，此步骤所形成的界面纳米析出物为碳钛化物。参阅步骤S24，冷却该合金钢材至贝氏体生成温度，以使该合金钢材形成贝氏体相。在此步骤中，较佳的冷却速率为5至40℃/秒，而贝氏体生成温度为300至500℃，且恒温时间为不大于300秒。参阅步骤S25，冷却该合金钢材至常温，以制得具复相显微组织的高强度钢材。在此步骤中，较佳的冷却速率为0.5至40℃/秒，而所述复相显微组织包括60至80%的铁素体相、不大于20%的贝氏体相、不大于40%的残留奥氏体相及不大于20%的马氏体相。以下列实例来详细说明本专利技术，但并不表示本专利技术仅局限于这些实例所揭示的内容。图3显示本专利技术升温速率为5℃/秒的Ac1(过共析钢加热时，开始形成奥氏体的温度)及Ac3(亚共析钢加热时，所有铁素体均转变为奥氏体的温度)温度测量曲线。图4(a)及(b)分别显示本专利技术钢材的二个阶段的温度-时间-相变态曲线及连续冷却相变态曲线。本专利技术以铁-0.11wt%碳-1.5wt%锰-1.44wt%硅-0.1wt%钛的合金钢材为例，虽然图3显示完全奥氏体化温度为970℃，然而为进一步确保钢材完全奥氏体化，选择1000至1100℃作为奥氏体化及析出物固溶化温度。在奥氏体化后，以20℃/秒的冷却速率将钢材冷却至如图4所示的铁素体形成温度区域（即580至750℃区间），由于温度越低，奥氏体至铁素体相变态的时间越长，因此，可于铁素体生成期间同时析出界面纳米析出物的强化效果。参阅图5，其为显示专利技术例的退火工艺温度-时间曲线图。以图5为例，选择铁素体恒温形成温度为600℃并恒温12至22秒，以获得约70%的界面纳米析出强化的铁素体组织。随后，冷却至贝氏体相变区域(450℃)及恒温200秒，最终再冷却至常温，以获得铁素体、贝氏体及奥氏体的复相相变强化，以及残留奥氏体于材料塑性变形时相变态成新生马氏体，进而应力诱导相变态以增加钢材的延展性。图6显示专利技术例钢材的显微组织照片。图7显示专利技术例钢材的铁素体内的碳化钛纳米析出物显微照片。配合参阅图6及图7，该钢材的显微组织为包含70%的铁素体、15%的贝氏体、12%的马氏体及3%的残本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度钢材的退火工艺方法，包括以下步骤：(a)提供合金钢材，该合金钢材的组成包括0.1‑0.4wt%的碳、1‑3wt%的锰、1‑2wt%的硅、0.1‑0.2wt%的钛及余量的铁和不可避免的杂质；(b)加热该合金钢材至奥氏体生成温度，以使该合金钢材形成奥氏体相；(c)冷却该合金钢材至铁素体生成温度，以使该合金钢材形成界面纳米析出物及铁素体相；(d)冷却该合金钢材至贝氏体生成温度，以使该合金钢材形成贝氏体相；以及(e)冷却该合金钢材至常温，以制得具复相显微组织的高强度钢材。

【技术特征摘要】
1.一种高强度钢材的退火工艺方法，包括以下步骤：(a)提供合金钢材，该合金钢材的组成包括0.1-0.4wt%的碳、1-3wt%的锰、1-2wt%的硅、0.1-0.2wt%的钛及余量的铁和不可避免的杂质；(b)加热该合金钢材至奥氏体生成温度，以使该合金钢材形成奥氏体相；(c)冷却该合金钢材至铁素体生成温度，以使该合金钢材形成界面纳米析出物及铁素体相；(d)冷却该合金钢材至贝氏体生成温度，以使该合金钢材形成贝氏体相；以及(e)冷却该合金钢材至常温，以制得具复相显微组织的高强度钢材。2.权利要求1所述的高强度钢材的退火工艺方法，其中步骤(a)还包括热轧或冷轧该合金钢材，以形成轧延板材。3.权利要求1所述的高强度钢材的退火工艺方法，其中步骤(b)的奥氏体生成温度为800至1100℃。4.权利要求1所述的高强度钢材的退火工艺方法，其中步骤(b)的恒温时间为60至300秒。5.权利要求1所述的高强度钢材的退火工艺方法，其中步骤(c)的冷却速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡明钦，S奥伊，黃庆渊，杨哲人，HKDH布哈德斯亚，
申请(专利权)人：中国钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71