一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火-配分热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火

【技术实现步骤摘要】
一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火
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配分热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火
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配分热处理方法，属于材料热处理


技术介绍

[0002]新材料在汽车车身及安全件上的应用是实现汽车轻量化的主要方向。淬火
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配分钢(Q&P)钢因其优越的综合力学性能受到广泛关注，马氏体基体的高强度与相变诱导的高成形性的结合是汽车零部件高性能成形制造的关键。2003年Speer教授提出的Q&P理论开发了新一代的先进高强钢，即基于对碳元素从马氏体到奥氏体再分配的认识，通过Q&P工艺得到了一定体积分数的亚稳奥氏体，亚稳奥氏体在变形过程中发生相变诱发塑性效应，从而获得良好的强度和塑性配合。
[0003]Q&P工艺在配分处理过程中存在一系列的竞争反应，如碳化物或过渡碳化物的形成，以及贝氏体转变等将消耗马氏体基体的碳，从而减少配分到残余奥氏体的碳，严重影响残余奥氏体体积分数及其稳定性。因此，Q&P工艺都需要足够的硅(Si)和/或铝(Al)合金元素来延迟渗碳体的析出。目前，添加Si来抑制马氏体中碳化物析出是公认的增强碳向奥氏体中配分的最有效方式，例如中国专利CN109930079A、CN103160680A和CN104278194B等所公开了的Q&P钢中均需要添加1.0～2.5％的Si实现碳的有效配分。Al也被用来抑制碳化物的形成，例如中国专利CN105734213B所公开了的Q&P钢中使用Si和Al协同抑制碳化物析出，其中Si+Al的含量为0.9％～2.5％。Si的添加降低钢的焊接性能；Al与铸造过程中的喷嘴堵塞问题有关，同时还会降低钢的淬透性。然而，即使在含有大量Si和/或Al的中低碳钢中，由于Si和/或Al无法完全抑制碳化物的析出，降低了碳的利用效率。因此，目前Q&P钢所面临的最大问题是：如何在不含Si和/或Al元素的前提下，抑制碳化物的析出来提高碳从马氏体向奥氏体碳的配分效率。这也将是未来开发新型先进高强钢的重要思路，从而降低钢的碳含量，提高焊接性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有Q&P工艺必须添加Si和/或Al元素抑制碳化物析出的技术难题，以及进一步优化制备产物在焊接和铸造等方面的性能，提供一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火
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配分热处理方法；
[0005]本专利技术的目的是通过下述方式实现的。
[0006]一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火
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配分热处理方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、将热轧或锻造的钢板升温至奥氏体单相区并保温一定时间获得完全奥氏体，然后冷却至铁素体和渗碳体的两相区，保温一定时间以获得完全珠光体组织，最后冷却至室温；
[0008]步骤二、将具有珠光体初始组织的热轧钢板再次加热至奥氏体单相区并短暂停留；随后将热轧板从奥氏体单相区冷却至马氏体转变开始(M
s
)和结束(M
f
)之间的温度，使部
分奥氏体发生马氏体相变；然后再加热到100～300℃进行碳的配分；最后冷却至室温；
[0009]步骤一所述热轧钢板的化学元素的质量百分含量为：
[0010]C：0.1～1.0％，
[0011]Mn：3.0～8.0％，
[0012]Mo：0～0.5％
[0013]Ni：0～2％
[0014]余量为Fe；
[0015]步骤一所述奥氏体单相区形成温度，根据化学成分的不同而不同，一般为800～900℃，和/或其保温时间为5～60min；所述铁素体和渗碳体的两相区温度，根据化学成分的不同而不同，一般为500～650℃，和/或其保温时间为2～36h；该优选方式可确保获得的材料的微观组织为几乎完全的珠光体，而且实现Mn元素在渗碳体中大量富集；
[0016]步骤二所述M
s
～M
f
之间的温度根据化学成分的不同而不同，一般50～200℃；
[0017]步骤二所述奥氏体单相区温度，根据化学成分的不同而不同，一般为700～800℃，保温时间为0～120s；
[0018]步骤二所述碳配分的时间为0～6h；
[0019]本专利技术的制备方法中：
[0020]首先，步骤一的特征在于形成富Mn渗碳体片层和贫Mn铁素体片层构成的片状珠光体；随后，步骤二在奥氏体单相区短暂停留使得奥氏体继承了原珠光体中富Mn和贫Mn片层交叉排列的特性，预先构建Mn的异质分布。当冷却至M
s
～M
f
之间温度时，贫Mn奥氏体率先转变为马氏体，Mn含量较高的奥氏体稳定存在。而后在配分阶段，碳和Mn之间的强相互作用，使得片状的富Mn奥氏体积极地争夺马氏体中的碳，进而抑制了碳化物的析出，从而创新性的实现了无Si、无Al中锰钢的淬火
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配分热处理工艺。
[0021]有益效果：
[0022](1)传统淬火
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配分工艺通过添加Si或Al元素来抑制渗碳体的析出，增加了钢铁材料在焊接和铸造等方面上的难度。本专利技术预先构建奥氏体中Mn的异质分布，巧妙利用碳和Mn之间的强相互作用来抑制碳化物的析出，创新性地实现了Q&P工艺在无Si、无Al中锰钢上首次应用。
[0023](2)传统Q&P钢即使添加大量Si或Al元素在配分阶段也不可避免的会析出过渡碳化物；而碳化物的析出作为奥氏体碳配分过程的最大碳竞争反应，会严重影响室温下奥氏体的体积分数和稳定性。本专利技术巧妙利用Mn对碳的吸引作用，更有效地抑制过渡碳化物和渗碳体的析出，实现了马氏体向奥氏体更有效的碳配分。最终，通过碳和锰协同配分获得片层富锰富碳残余奥氏体和贫锰贫碳的马氏体相互交叠的纳米片层结构，从而获得高稳定性高含量的残余奥氏体。
附图说明
[0024]图1为实施例1试样的SEM图；
[0025]图2为实施例1试样的TEM图；
[0026]图3为实施例1中对比实验试样的SEM图；
[0027]图4为实施例1和2试样的XRD图；
[0028]图5为实施例1和2试样的力学性能曲线；
[0029]图6为实施例2试样的SEM图；
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术的内容作进一步描述，本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，但本专利技术的保护范围不限于以下所述的实施例。在本专利技术的基础上所做的任何非实质性的变化及替换，均属于本专利技术所要求保护的范围。
[0031]实施例1
[0032]对于具体成分为Fe
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0.39C
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3.69Mn(wt.％)的钢材，熔炼和锻造后试样在1250℃均匀化处理24h。试样热轧成6mm厚的热轧板。对热轧后的钢板进行珠光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火
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配分热处理方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将热轧或锻造的钢板升温至奥氏体单相区并保温一定时间获得完全奥氏体，然后冷却至铁素体和渗碳体的两相区，保温一定时间以获得完全珠光体组织，最后冷却至室温；确保获得的材料的微观组织为完全的珠光体，且实现Mn元素在渗碳体中大量富集；步骤二、将具有珠光体初始组织的热轧钢板再次加热至奥氏体单相区并短暂停留；随后将热轧板从奥氏体单相区冷却至马氏体转变开始(M
s
)和结束(M
f
)之间的温度，使部分奥氏体发生马氏体相变；然后再加热到100～300℃进行碳的配分；最后冷却至室温。2.如权利要求1所述一种实现无硅、无铝中锰钢的淬火
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配分热处理方法，其特征在于：步骤一所述热轧钢板的化学元素的质量百分含量为：C：0.1～1.0％，Mn：3.0～8.0％，Mo：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志平，杨德振，张超，程兴旺，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：