一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺，中锰钢的化学成分按重量百分比计包括：C：0.1～0.4％、Mn：2～12％、Al：0.5

【技术实现步骤摘要】
一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺


[0001]本专利技术涉及中锰钢制备
，尤其涉及一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺。

技术介绍

[0002]近年来，中锰钢材料在研究领域快速兴起，其主要原因是较低的成本以及高强高韧的优异力学性能结合，中锰钢板材成为第三代先进汽车用钢的代表之一，而传统中锰钢板材制备工艺一般采用传统轧制工艺，而传统轧制工艺板材一般使晶粒具有取向性差异，从而导致金属板材具有一定的方向性能，也就是各相异性，从而在后续板材成形过程中产生负面影响，是导致起皱开裂的诱因之一。
[0003]含有2％
‑
12％Mn含量的中锰钢在常温下一般呈现铁素体(BCC)与奥氏体(FCC)的双相结构，同时根据元素配比、热处理工艺以及加工工艺的差异，两相结构占比与晶粒尺寸等有所不同，该类钢中在常温下奥氏体具有适中的稳定性能，在常温变形过程中能够发生TRIP/TWIP效应，从而能够在冷变形工艺中有效的提高其综合机械性能，由此成为一种先进汽车用钢的典型代表。
[0004]而传统轧制变形工艺下，热轧变形温度较高，导致中锰钢板材氧化问题，不仅导致材料损耗较高，同时也导致轧制板材表层组织出现氧化层，脱碳层等结构，导致板材性能芯部与表层出现差异，进而使板材力学性能损失。同时传统的热轧
‑
冷轧
‑
临界退火工艺，导致板材出现一定的各向异性等问题，由于轧制织构的存在，导致金属板材的各向力学性能出现差异，这也在一定程度上限制了其应用与发展。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于提供一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺，通过重度冷轧工艺，使锰钢板材具有较大的机变能，而通过超塑拉伸变形工艺，实现冷轧中锰钢板材的二次减薄，同时保证微观组织中奥氏体与铁素体的动态再结晶，马氏体逆转变以及晶粒转动的同时进行，最终制备出无织构强度的均匀细晶中锰钢板材。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术所提出的一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺，所述中锰钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.1～0.4％、Mn：2～12％、Al：0.5
‑
4％、Si：0.5
‑
4％，余量为Fe；
[0008]所述制备工艺包括如下步骤：
[0009]S1、按重量百分比，取上述中锰钢的化学成分冶炼钢水，浇铸成为铸锭，再将铸锭锻造成为板坯，空冷至室温，切割得到板材；锻造出炉温度为1150
‑
1250℃，在空气锤上采用自由锻造的方式进行锻造开坯，开坯时控制始锻温度在1100
‑
1200℃，终锻温度≥1100℃，锻造成方形块状坯料，空冷至室温，采用中走丝速率线切割对板坯进行切割得到板材；
[0010]S2、对线切割板材进行重度冷轧；
[0011]S3、对最终重度冷轧锰板进行板材超塑性变形：对重度冷轧板材进行超塑性拉伸变形；
[0012]S4、对超塑性变形后的板材进行后继力学评估测试及微观表征。
[0013]进一步的，所述中锰钢还包括一种或多种以下重量百分比的化学成分：Ni：0.1～3.0％；Nb：0～0.3％；Cu：0.5～2.0％。
[0014]进一步的，所述步骤S1中，对铸锭进行锻造的过程中，先将铸锭加热至1100～1200℃，保温1.5～2.5h。
[0015]进一步的，所述步骤S2中，冷轧变形量为75％～90％，冷轧变形道次为4道次，单道次冷轧变形量为20％，相近两道次轧制工艺中间采用保温工艺，退火温度范围在300℃～400℃，保温时间为3
‑
6min，最高退火温度为1000℃，加热炉加热部分为30℃/min，加热时间范围为10
‑
15min，随后采用金属夹钳取出，快速置于水中，冷却方式为水淬。
[0016]进一步的，所述步骤S3中，温控加热速率为25℃/min，超塑性拉伸变形前到达目标温度保温5min，超塑性变形的温度范围700℃～800℃，超塑性应变速率范围为10
‑2s
‑1～10
‑1s
‑1，超塑性变形量范围为200
‑
400％。
[0017]进一步的，所述步骤S4中，后继力学评估测试采用板材常温拉伸试验，拉伸速率为10
‑3s
‑1准静态拉伸速率，直至断裂。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术提供的中锰钢采用特殊比例的元素成分，一般而言，C、Mn元素添加能够稳定奥氏体相，实现室温保存奥氏相的作用，由此C的含量范围在0.1～0.4％、Mn元素的含量范围在2～12％。同时Al元素的添加能够有效的拓宽中锰钢的双相区温度，同时超塑性变形温度范围一般为合金材料的熔点的一半温度，而通过合理的调控Al元素含量，能够实现中锰钢的双相区温度范围与中锰钢的再结晶温度范围以及超塑性变形温度范围的高度重合，这是实现，超塑性变形改善重度冷轧中锰钢板材的关键步骤，由此Al元素含量的调控十分重要，通过试验调控，Al元素的质量百分数范围在0.5
‑
4％。
[0020]2、同时本专利技术设计的双相结构，即奥氏体与铁素体双相结构，是由于在超塑变形中，奥氏体与铁素体双相件的溶质交换作用，即C、Mn元素朝向奥氏体富集，而Al、Si朝向铁素体富集，而这种双相结构导致的溶质拖拽作用也是本专利技术中锰钢能够实现超塑性工艺的关键。
[0021]3、为了保证各相均匀及无各向异性中锰钢板材制备，基于重度冷轧工艺与超塑性变形工艺结合，其中重度冷轧工艺采用大变形，冷轧变形量在75％～90％，重度冷轧保证形变过程存储大量的形变储能，同时能够实现原始锻态板材中各等级晶粒实现基本全部破碎，从而保证在超塑性板材变形中动态再结晶中晶粒尺寸保持一致，同时大变形保证超塑性变形的动态再结晶的触发。
[0022]4、本专利技术超塑性制备板材工艺中，超塑性的变形温度为650℃
‑
750℃，应变速率为10
‑2‑
10
‑3/s，变形量范围为250％～400％，温度范围的选取为保证动态再结晶，超塑性变形触发以及马氏体逆相变均在此范围内保证各转变机制的同时进行。而超塑性板材变形速率以及变形量的范围选取为保证超塑性变形机制的触发，即在此应变速率以及应变量范围内，能够实现晶粒转动以及晶界滑移，保证冷轧织构的消失，即消除中锰钢板材的各相异性，同时保证未出现超塑性变形的空洞形核。
[0023]5、与传统的热轧+冷轧+临界退火工艺相比较。传统工艺中工艺流程繁琐，同时热轧导致中锰钢板材氧化严重。而本专利技术中采用重度冷轧工艺与超塑性形变工艺制备无织构的各向同性中锰钢板材，省去热轧与临界退火工艺，实现工艺优化。
附图说明
[0024]图1是本专利技术中重度冷轧+超塑变形工艺的热处理工艺路线图；
[0025]图2是本专利技术后继力学拉伸图纸尺寸图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺，其特征在于：所述中锰钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.1～0.4％、Mn：2～12％、Al：0.5
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4％、Si：0.5
‑
4％，余量为Fe；所述制备工艺包括如下步骤：S1、按重量百分比，取上述中锰钢的化学成分冶炼钢水，浇铸成为铸锭，再将铸锭锻造成为板坯，空冷至室温，切割得到板材；锻造出炉温度为1150
‑
1250℃，在空气锤上采用自由锻造的方式进行锻造开坯，开坯时控制始锻温度在1100
‑
1200℃，终锻温度≥1100℃，锻造成方形块状坯料，空冷至室温，采用中走丝速率线切割对板坯进行切割得到板材；S2、对线切割板材进行重度冷轧；S3、对最终重度冷轧锰板进行板材超塑性变形：对重度冷轧板材进行超塑性拉伸变形；S4、对超塑性变形后的板材进行后继力学评估测试及微观表征。2.根据权利要求1所述的一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺，其特征在于：所述中锰钢还包括一种或多种以下重量百分比的化学成分：Ni：0.1～3.0％；Nb：0～0.3％；Cu：0.5～2.0％。3.根据权利要求1所述的一种无取向差异中锰钢的重度冷轧+超塑制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中，对铸锭进行锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡星周，刘胜杰，李小龙，郭雨涛，张宇鹤，李康，杨镇远，陈雷，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：