一种具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具较低锰含量的热轧高强塑积中锰钢及其制备方法，其化学成分重量百分比分别为：C：0.19‑0.5％，Mn：3.0‑7.0％，Al：1.0‑3.0％，Si：0‑2.0％，Cr：0‑5.0％，Ni：0‑2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。热轧高强塑积中锰钢的制备包括以下步骤：钢水经过转炉冶炼后采用连铸方式获得连铸坯，所述连铸坯经加热炉加热后热轧获得热轧板卷，热轧卷经罩式炉退火得到热轧高强塑积中锰钢成品。本发明专利技术使热轧中锰钢在保证良好韧性的前提下同时具有较高的强塑积，具有良好的实际应用意义。

A kind of hot rolled high strength plastic deposited medium manganese steel with low Mn content and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢及其制备方法
本专利技术属于汽车用钢
，具体涉及一种具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢及其制备方法。
技术介绍
随着汽车行业对节能减排及碰撞安全性要求的逐渐提高，具高强塑积的汽车用中锰钢越来越成为人们关注的焦点。目前，在准静态拉伸条件下,热轧中锰钢的强塑积最高可达60GPa·％左右。经两相区退火后，中锰钢主要由细小的铁素体和亚稳奥氏体组成，其中铁素体的含C量很低，其化学成分类似于Fe-Mn合金。众所周知，Fe-Mn合金有脆化的倾向，合金中的晶界Mn浓度越高，Fe-Mn合金越容易产生沿晶脆性断裂。晶界Mn浓度主要受两个因素的影响，一是基体Mn含量，二是热处理工艺。如果基体Mn含量越高，则晶界Mn浓度也越高；如果奥氏体化后冷速越慢，则冷却过程中Mn越容易朝铁素体晶界偏聚，也会导致铁素体晶界浓度偏高。前期研究表明，Fe-Mn合金中Mn含量为7％(质量百分数，下同)时，合金经奥氏体化且以任意冷速冷至室温后，由于晶界Mn浓度偏高，在-40℃条件下进行冲击实验时Fe-Mn合金都呈脆性断裂。当基体Mn含量降为5％后，奥氏体化后以淬火或者空冷方式冷至室温后，-40℃时Fe-Mn合金呈韧性断裂；而以炉冷方式冷至室温后，由于在缓冷过程促进了Mn朝晶界偏聚，故Fe-Mn合金呈脆性断裂。因此，中锰钢中的Mn含量不能太高，否则会导致组成相之一的铁素体变脆，从而导致中锰钢也有脆化的风险。中锰钢钢卷在罩式炉退火过程中，由于均热时间较长(普遍大于1小时)，铁素体中的Mn有充足的时间扩散至奥氏体中，最终铁素体中的Mn含量接近平衡态下的Mn含量，比中锰钢基体的Mn含量要低。这样，经罩式炉退火处理的中锰钢，其基体的Mn含量可以适当提高。目前关于中锰钢的专利中，大家普遍关注的是如何通过调整合金成分或热处理工艺来获得更高的强塑积，还没有人关注过Mn含量对中锰钢组成相之一的铁素体韧性的不利影响。在上述原则下，合理设计热轧中锰钢中的C、Al等合金元素含量，可以在保证热轧中锰钢具良好韧性的前提下，同时获得强塑积为45～60GPa·％的高强塑积中锰钢。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢及其制备方法，在较低Mn含量的前提下，合理设计热轧中锰钢中的C、Al等合金元素含量，可以在保证热轧中锰钢具良好韧性的前提下，同时获得强塑积为45～60GPa％的高强塑积中锰钢。本专利技术第一方面提供了一具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢，室温组织为细小铁素体+亚稳奥氏体双相组织，亚稳奥氏体体积分数介于15％～60％之间，且所述亚稳奥氏体尺寸小于1μm，所述细小铁素体尺寸不大于5μm。化学成分包括：以重量百分比计，C：0.19-0.5％，Mn：3.0-7.0％，Al：1.0-3.0％，Si：0-2.0％，Cr：0-5.0％，Ni：0-2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。上述主要合金元素作用和限定范围详细说明如下：锰Mn：主要的奥氏体化元素，含量至关重要，含量过高的话会脆化基体。研究表明，Fe-Mn合金中Mn含量为7％(质量百分数，下同)时，合金经奥氏体化且以任意冷速冷至室温后，由于晶界Mn浓度偏高，在-40℃条件下进行冲击实验时Fe-Mn合金都呈脆性断裂。当基体Mn含量降为5％后，奥氏体化后以淬火或者空冷方式冷至室温后，-40℃时Fe-Mn合金呈韧性断裂；而以炉冷方式冷至室温后，由于在缓冷过程促进了Mn朝晶界偏聚，故Fe-Mn合金呈脆性断裂。因此，中锰钢中的Mn含量不能太高，否则会导致组成相之一的铁素体变脆，从而导致中锰钢也有脆化的风险。经理论计算和实验测定，Mn含量应控制在3.0-6.0％。碳C：主要的奥氏体化元素和间隙固溶强化元素，含量至关重要。含量偏低的话会导致亚稳奥氏体含量不足；含量偏高的话会导致轧后组织偏离板条状形态，从而导致亚稳奥氏体稳定性偏低。碳含量应控制在0.19-0.5％。铝Al：除了脱氧和细化晶粒外，铝元素也可以抑制卷取和退火过程中碳化物的析出。更重要的是，铝一方面扩大了两相区，使可选择的退火温度范围扩大；另一方面铝也可以增加亚稳奥氏体的层错能，合理的铝含量可以使亚稳奥氏体的层错能处于能同时产生TWIP效应和TRIP效应的区间，从而达到提高基体强塑积的目的；此外，铝是铁素体形成元素，能抑制奥氏体的产生，体积分数减少的奥氏体能从基体中吸收更多的碳、锰等合金元素，从而提高了亚稳奥氏体的稳定性。但铝含量不宜过高，否则生产困难且易产生粗大的delta铁素体，于抗拉强度不利。本专利技术选择将铝含量控制在1.0-3.0％。硅Si：硅元素能够抑制卷取和退火过程中碳化物的析出，也能扩大两相区，同时硅固溶于铁素体可以提高铁素体强度。但硅元素过高会导致热轧表面红锈缺陷增加，降低成品表面质量。因此硅的添加量应视使用场合而定，本专利技术采用硅含量为0-2.0％。铬Cr：铬元素能一定程度的抑制碳化物的析出，同时还能提高基体的耐蚀性能。铬的添加量视使用场合而定，本专利技术采用铬含量为0-5.0％。镍Ni：镍元素能增加奥氏体稳定性，同时也能有效地提高基体的韧性。镍含量视使用场合而定，本专利技术采用镍含量为0-2.0％。优选的，在上述化学成分的基础上，添加一种或多种合金成分，均可获得相似的力学性能。即所述化学成分还包括以下一种或多种合金成分：V、Nb、Ti、Cu、B、Mo、Zr、W、Co或Re。本专利技术第二方面提供了上述具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢的制备方法，，具体步骤包括：S1、钢液连铸生产铸坯或模铸生产铸锭，所述钢水化学成分包括：以重量百分比计，C：0.19-0.5％，Mn：3.0-7.0％，Al：1.0-3.0％，Si：0-2.0％，Cr：0-5.0％，Ni：0-2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质；S2、将步骤S1所得铸坯或铸锭开坯后进行热轧，轧后卷取空冷至室温；S3、将步骤S2所得热轧板或卷板进行退火，随后冷却至室温。基于前述化学成分的合理设计，本专利技术进一步通过制备工艺设计，包括冶炼、连铸、热轧、罩式炉退火，特别是退火工艺设计，使中锰钢中有大量的、稳定性适中的的亚稳奥氏体，在变形过程中会持续产生TRIP或TWIP效应，最终获得具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢。优选的，步骤S2中，所述热轧工艺包括：将钢坯加热至1120-1200℃，均热时间1.5-2.5h，经多道次热轧成厚度为2-6mm的薄板。更加优选的，步骤S2中，所述多道次热轧的终轧温度为820-900℃。优选的，步骤S2中，所述卷曲温度为500-600℃。优选的，步骤S3中，所述退火在罩式退火炉中进行，退火工艺包括：在660～740℃退火1～30h，实现铁素体组织的回复、再结晶和亚稳奥氏体的逆转变后，得到高强塑积的中锰钢。步骤S3中，所得热轧高强塑积中锰钢的抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥550MPa，延伸率A80≥45％，强塑积为45～60GPa％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术减少了基体Mn含量、降低中锰钢脆化风险的前提下获得高强塑积的热轧中锰钢，在窄化Mn含量的基础上，通过提高C含量来获得体积分数15％～60％的亚稳奥氏体，同时通过Al元素来调节亚稳奥氏体的稳定性和层错能，配合其他化学成分设计和工艺设计，使中锰钢中大量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢，其特征在于：化学成分包括：以重量百分比计，C：0.19‑0.5％，Mn：3.0‑7.0％，Al：1.0‑3.0％，Si：0‑2.0％，Cr：0‑5.0％，Ni：0‑2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢，其特征在于：化学成分包括：以重量百分比计，C：0.19-0.5％，Mn：3.0-7.0％，Al：1.0-3.0％，Si：0-2.0％，Cr：0-5.0％，Ni：0-2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢，其特征在于：所述化学成分还包括V、Nb、Ti、Cu、B、Mo、Zr、W、Co或Re中的一种或多种。3.权利要求1所述具较低Mn含量的热轧高强塑积中锰钢的制备方法，步骤包括：S1、钢液连铸生产铸坯或模铸生产铸锭，所述钢水化学成分包括：以重量百分比计，C：0.19-0.5％，Mn：3.0-7.0％，Al：1.0-3.0％，Si：0-2.0％，Cr：0-5.0％，Ni：0-2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质；S2、将步骤S1所得铸坯或铸锭开坯后进行热轧，轧后卷取空冷至室温；S3、将步骤S2所得热轧板或卷板进行退火，随后冷却至室温。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：阳锋，韩赟，姜英花，刘华赛，谢春乾，邱木生，潘丽梅，白雪，滕华湘，陈斌，曹杰，章军，朱国森，
申请(专利权)人：首钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11