抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢及制造方法
专利汇可以提供抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢及制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 抗拉强度 750MPa级 热轧 相变 诱发塑性 钢 及制造方法，1) 冶炼 、 铸造 成坯，其成分 质量 百分比为：C 0.08～0.20、Si≤0.8、Mn 0.5～2.0、Al 0.8～2.5、Nb≤0.03、N≤0.010、P≤0.020、S≤0.008、Ca 0.001～0.005、余 铁 ；2)钢坯加热至1150～1250℃；保温，保温时间按厚度1～1.5min/mm计；3) 轧制 ，在奥氏体可发生再结晶的 温度 范围内 变形 ，采用一道次或多道次，将钢坯轧制成中间 板坯 ；在奥氏体未发生再结晶即低于Tnr温度但高于Ar3转变点的温度范围内变形，轧成最终厚度钢板，终轧温度800℃～880℃；4)冷却。本发明成分经济， 硅 含量较少，不含Cr、Ni、Mo等贵重 合金 元素，热轧工艺简单易行，钢板表面质量好、强度高和塑性好。，下面是抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢及制造方法专利的具体信息内容。
1.抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢，其成分质量百分比为： C 0.08～0.20 Si ≤0.8 Mn 0.5～2.0 Al 0.8～2.5 Nb ≤0.03 N ≤0.010 P ≤0.020 S ≤0.008 Ca 0.001～0.005 其余为铁和不可避免的杂质。
2. 如权利要求1所述的抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢的制造 方法，包括如下步骤：.1) 按下述成分冶炼、铸造成坯，其成分质量百分比为：C 0.08〜0.20、 Si 《0.8、Mn 0.5〜2.0、Al 0.8〜2.5、Nb 《0.03、N 《0.010、 P 《0.020、 S 《0.008、 Ca 0.001〜0.005、其余为铁和不可避 免的杂质；2) 将钢坯加热至1150〜125(TC;保温，保温时间按有效厚度l〜 1.5min/mm计；3) 轧制，在奥氏体可发生再结晶的温度范围内变形，采用一道次或多 道次，将所述钢坯轧制成中间板坯；在奥氏体未发生再结晶即低于 Tnr温度但高于Ar3转变点的温度范围内变形，将上述钢板轧制成 最终厚度的钢板，终轧温度介于800。C〜88(TC之间；4) 冷却。
3. 如权利要求2所述的抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢的制造 方法，其特征是，步骤4)冷却采用一段式冷却方法，在轧后冷却辊 道较长的情况下，采用轧后空冷4-10s，然后以入于6(TC/s的冷却速 度将钢板快速冷却至贝氏体转变温度区间350〜450°C，保温30-60分 钟后空冷或巻取成钢巻后空冷。4.如权利要求2所述的抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢的制造 方法，其特征是，步骤4)冷却采用两段式冷却方法，在轧后冷却辊 道较短的情况下，采用以大于20°C/s的冷速快速先冷却至650°C〜750 。C的中间温度停留2〜10秒，再以不低于5CTC/s的冷速冷却至350〜 450°C，保温30-60分钟后空冷或巻取成钢巻后空冷。
抗拉强度750MPa级热轧相变诱发塑性钢及制造方法 技术领域
本发明涉及钢铁材料的制造方法，特别涉及抗拉强度750MPa热轧相 变诱发塑性钢（TRIP)及其制造方法。
背景技术
(MILD)、各向同性钢（IS)、烘烤硬化钢（BH)、碳锰钢（C-Mn)以 及低合金高强度钢（HSLA)、双相钢（DP)、相变诱发塑性钢（TRIP) 等三个种类的部分低强度级别品种。随着汽车产业的发展，对车辆安全性 的要求越来越高，且车辆自重也要求越来越轻以提高燃油经济性，对车辆 所用钢板的强度方面的要求不断提高，同时对不同部位钢板的性能要求分 工也越来越多、越细，于是先进的高强度钢（AHSS)或者超高强度钢
(Ultm-HSS)应运而生。通常抗拉强度大于700MPa的钢种可归为超高强 度钢，TRIP钢具有高强度、高塑性和优良吸收能等综合性能，是先进高 强钢中的一个重要钢种。
TRIP效应是在室温下钢中含有部分残余奥氏体，在应变的作用下残 余奥氏体向马氏体转变而吸收能量，从而显著提高材料塑性和加工硬化能 力，又称为相变诱导塑性。
为了得到这种TRIP效应，早期的TRIP钢一般含有较高的镍、铬等贵 重合金，且碳含量较高，这使其应用受到限制。
近年来有用热处理方式生产冷轧TRIP钢和热轧方法生产TRIP钢，其 化学成分范围一般为：0.10〜0.40%C， 0.50〜2.50%Si， 0.50〜2.50%Mn， 另外添加一定含量的Nb、 Ti、 Ni、 Cr、 Mo和Cu等合金元素。主要有低 合金成分体系、Si-Mn系和含有铬、镍等贵重合金元素成分体系。对于低 合金成分体系，碳含量可以较低，但需要添加较高含量的Nb和Ti并通过 严格的控制轧制来提高钢的强度，增加了生产成本和控制轧制难度。添加
铬和镍元素更是增加了钢的制造成本。Si-Mn系虽然是一种经济型成分体 系，但要获得高强度，其碳含量一般较高，且由于硅含量较高，导致产品 性能不稳定和钢的表面质量不好。
欧洲专利EP748874A1主要阐述了一种添加铝的抗拉强度700MPa级 的热轧TRIP钢的生产方法，采用未再结晶区控制轧制和层流冷却的方法 生产。此专利含0.12〜0.30%C， 1.2〜3.5%Mn，除了添加Al夕卜，还可添 加Ti、 Cr、 Mo、 Cu和Ni等贵重合金元素。该热轧TRIP钢中未含Nb元 素，碳和锰含量都较高，主要依靠合金元素的作用而不是水的作用来获得 TRIP效应，生产成本较高，其力学性能屈强比较高，不利于冲压加工； 且此专利的钢种的抗拉强度等级为700MPa级。
美国专利申请号US6797078公开了一种添加铝的抗拉强度700MPa级 的热轧TRIP钢的生产方法，采用热轧后分段冷却控制的方法生产。此专 利的合金成分不经济且轧后冷却控制要求非常严格。此专利需添加Cr含 量，如果不添加Cr，其残余奥氏体的含量会减少，会导致抗拉强度降低。 另外其碳含量和锰含量均较高，给冶炼和焊接带来困难；且抗拉强度等级 为700MPa级，低于本发明的强度等级。
欧洲专利EP 881306A1提供了一种延伸性能好，具有TRIP效应的多 相钢的成分和生产方法。其通过添加Nb、 V和Ti来提高钢的强度，而未 采用Al作为促进铁素体形成的合金元素。要求分段冷却控制方式，提高 了生产难度。其成分为0.05〜0.50% C， 0.35〜0.50% Si， 1.35〜1.80%Mn, 还可添加以下几种元素：，015% Nb， K)20%V， ，020%Ti，。在工艺 上采用分段冷却方式，终轧结束后，快速冷却到某一温度后空冷一段时间， 然后再快速冷却到巻取温度。该方法不易于控制。
日本JP 2003321738A公开了 一种热轧TRIP钢的成分和生产方法。组
织为铁素体、贝氏体、残奥（二相），或四相（含马氏体）。成分为C:0.1〜 0.2%, Si:0.5〜2.0%， Mn:0.5〜1.7%， Al:^0.06%， N:^0.006%， Mo:0.1〜 0.5%， Ti:0.05〜0.2%。硅含量较高，且添加了贵重的Mo合金。
欧洲专利EP295500 A1公开了一种热轧高强度薄板，成形性好，组织 为铁素体、贝氏体和残奥；不添加其它合金，成分C:0.15〜0.40。/。， Si:0.5〜 2.0%， Mn:0.5〜2.0%。虽然此成分是经济成分体系，但硅含量较高，在加 热过程中，容易产生粘而厚的红氧化铁皮，不容易除鳞，在轧制中容易压 入钢板，造成表面质量不好。
发明内容
本发明充分利用"水作为合金元素"新的合金设计思想，采用以铝代 硅的经济成分系列，并开发用于生产制造热轧TRIP钢的"一段式控制冷 却"的轧后控制冷却的方法，较文献中报道热轧TRIP钢的成分体系与工 艺，具有碳含量较低、成分经济、轧制工艺简单，轧后冷却工艺操作易行 的特点。按本发明方法生产的热轧TRIP钢组织为铁素体+贝氏体（马氏体） +残余奥氏体，强度等级高的同时具有优良的塑性，产品表面质量好且各 项性能稳定。采用该方面生产的热轧TRIP钢的抗拉强度具有大于等于 750MPa的超高强度，反映TRIP钢重要指标的强度塑性积可大于 22000Mpa*0/0o
为达到上述目的，本发明的技术解决方案：抗拉强度750MPa级热轧 相变诱发塑性钢，其成分质量百分比为： C 0.08〜0.20 Si 《0.8 Mn 0.5〜2.0 Al 0.8〜2.5 Nb 《0.03 N 《0.010 P 《0.020 S 《0.008 Ca 0扁〜0德 其余为铁和不可避免的杂质。 碳：钢中最经济、最基本的强化元素。碳含量的高低很大程度地决定
了钢板的强度级别。在所有元素中，碳使Ms温度降低的作用最强烈，是 奥氏体转变成马氏体、贝氏体等钢中的强化相所必不可少的元素。本发明
中，控制范围为0.08%〜0.20%，如果碳含量太低，则在冷却过程中，奥 氏体会转变为马氏体而不会在室温下稳定，不会有TRIP效应；反之，碳 含量高于0.20%时，则钢的塑性和韧性降低，焊接性也变差。
锰：锰是置换型合金元素，通过固溶强化细化晶粒而提高钢的强度。
同时锰是扩大Fe-C相图Y相域最有效的元素之一，能稳定奥氏体，降低马 氏体的转变温度，在锰含量合适的情况下，能增加碳富集的可能性，使残 余奥氏体含量增加。但锰含量过高会降低奥氏体中碳的活度，而促进碳化 物的形成，过高的锰还易于偏析，恶化钢的性能。要注意锰和硅、铝元素 的平衡，调整添加的相对量以控制相的分布和体积分数。
硅：硅在钢中起固溶强化作用。硅在钢中是抑制渗碳体形成的元素， 能增加碳在奥氏体中的活度，促进铁素体形成，从而使碳扩散到残余奥氏 体中。硅或类似元素充当铁素体稳定剂的作用，不仅加速先共析铁素体的 形成，而且在贝氏体形成期间阻碍渗碳体的析出，加速碳扩散到奥氏体相 中，因此硅有助于增加残余奥氏体的稳定性，硅的添加并配合分段冷却工 艺可以促进铁素体析出，有利于降低钢的屈服强度。钢中加硅能提高钢质 纯净度和脱氧。但过高的硅会给热轧加热和后续产品涂镀带来麻烦，影响 钢板的表面质量。所以本发明中控制硅含量不大于0.8%。
铝：本发明钢加入铝含量为1.2〜2.0%。由于Si — Mn系中Si含量过 高会降低产品表面质量，进而影响最终产品的涂镀效果，用铝来取代硅， 铝也是铁素体形成元素，能促进铁素体的形成，使碳扩散到残余奥氏体中。 所以可以降低钢中的硅含量。铝还是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶 粒。本发明中加入的铝主要用来代替硅的部分作用，能提高钢的抗拉强度 和延伸率，改善钢的表面质量。
铌：铌是强碳化合物形成元素。在热轧时碳化铌的应变诱导延迟了热 变形过程中静态和动态再结晶，提高非再结晶温度，有助于细化形变奥氏 体的相变产物，提高钢的强度和韧性。
硫和磷：硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横 向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，
严重损害钢板的塑性和韧性。如硫含量大于等于0.()03%时，为避免MnS 类的夹杂物对横向性能的不良影响，可采用Ca处理工艺进行硫化物的变 态处理。
本发明所述的制造方法，包括如下步骤：
1) 按下述成分冶炼、铸造成坯，其成分质量百分比为：C 0.08〜0.20、 Si 《0.8、 Mn 0.5〜2.0、A1 0.8〜2.5、Nb 《0.03、 N 《0.010、 P 《0.020、 S 《0.008、 Ca 0.001〜0.005、其余为铁和不可避免 的杂质；
2) 将钢坯加热至U50〜125(TC;保温，保温时间按有效厚度l〜 1.5min/mm计；
3) 轧制，在奥氏体可发生再结晶的温度范围内变形，采用一道次或多 道次，将所述钢坯轧制成中间板坯；在奥氏体未发生再结晶即低于 Tnr温度但高于Ar3转变点的温度范围内变形，将上述钢板轧制成最 终厚度的钢板，终轧温度介于800。C〜880。C之间；
4) 冷却。
其中，步骤4)冷却采用一段式冷却方法（轧后先空冷后强冷的冷却 方法），在轧后冷却辊道较长的情况下，采用轧后空冷4-10s，然后以大 于60"C/s的冷却速度将钢板快速冷却至贝氏体转变温度区间350〜450°C， 保温30-60分钟后空冷或巻取成钢巻后空冷。
由于铝和硅都是促进铁素体形成的元素，同时本发明中的碳和锰含量 都较低，因此，奥氏体向铁素体转变的温度较高（73(TC或以上即进入相 变区间）。当轧后冷却辊道较长的时候，可以釆用一段式冷却方法，即终 轧温度在80(TC〜83(TC，轧后空冷阶段即可进入奥氏体和铁素体两相区温 度，在此温度继续空冷以获得足够含量的铁素体组织，碳扩散到残余奥氏 体中；快速冷却至贝氏体转变温度区间巻取或保温，发生贝氏体相变，硅 阻碍渗碳体的析出，使富余的碳继续向残余奥氏体扩散。由于适量锰和碳 的作用，降低了马氏体的转变温度点，因此，可使室温时组织中有稳定的 残余奥氏体存在。
又，步骤4)冷却采用两段式冷却方法（轧后快冷-空冷-强冷的冷却方
法），在轧后冷却辊道较短的情况下，采用以大于2(rc/s的冷速快速先冷
却至65(TC〜75(TC的中间温度停留2〜10秒，再以不低于50°C/s的冷速 冷却至350〜450°C，保温30-60分钟后空冷或巻取成钢巻后空冷。
热轧TRIP钢主要通过相变强化来获得高强度，因此关键是要求在终 轧后的冷却过程中，获得比例合适的各相组织：铁素体、贝氏体或贝氏体 与马氏体的混合组织和残余奥氏体。所以在冷却过程中，需要以下相变过 程，先将钢冷却到奥氏体和铁素体两相区温度区间，在此温度区间缓冷一 段时间发生足够的铁素体相变，然后快速冷却到贝氏体转变温度进行巻 取，在巻取温度区间， 一部分奥氏体会发生贝氏体相变，剩余的奥氏体由 于含碳和锰含量较高，马氏体转变温度低于室温，因此冷却至室温过程中， 不发生马氏体相变，以残余奥氏体的形式存在。最终室温组织为包含铁素 体、贝氏体和残余奥氏体的多相显微组织。
研究发现，Si-Mn系的热轧TRIP钢其热物性参数随着温度的变化很 敏感，容易造成最终的组织和性能不稳定。而以铝代硅的钢其力学性能稳 定，对轧后冷却各阶段的控制要求不是非常苛刻。可以采用一段式冷却方 法，也可采用两段式冷却方法，同样可以获得合适的组织与性能。
本发明具有如下特点：
① 与以往专利相比，铝不仅仅是作为脱氧剂，还通过较高含量的铝 元素来代替硅元素的作用，以促进铁素体的相变和碳在残余奥氏体里的富 集。比含硅高的TRIP钢表面质量好，且力学性能稳定。
② 不添加贵重合金元素，主要利用"水作为合金元素"的作用，在 轧后水冷过程中获得百分含量合适的铁素体、贝氏体（或贝氏体与马氏体 的混合组织）和残余奥氏体组织，生产强度与塑性综合性能良好的经济型 热轧TRIP钢。
◎ 与欧洲专利EP0748874相比，两者都添加了较高含量的铝元素， 但欧洲专利EP 0748874碳含量高，添加了多种贵重合金元素以获得TRIP 效应，另外还通过添加钛元素来提高强度，这样在获得高的抗拉强度的同 时，其屈强比也较高，不利于冲压加工；本发明不添加Cr、 Mo、 Cu、 Ni 等贵重合金元素，合金配方经济简单，通过添加少量的铌元素来提高抗拉 强度。
© 本发明相对于现有技术而言，终轧后的在线冷却方式更容易控
制，生产控制简单且稳定，易于生产。同时可采用一段式冷却也可采用两 段式冷却。通过以铝代硅的成分体系和轧后的控制冷却，可获得抗拉强度
等于等于750MPa级的热轧TRIP钢，强度塑性积大于22000MPa*%，表
面质量好，适合应用于汽车结构件和安全件，降低能耗、促进钢铁的可循 环制造，具有良好的市场应用前景。 本发明的有益效果
本发明的成分设计经济，有利于资源的有效利用和可回收，易于实施 和控制，工艺控制简便易行。钢板强度高，具有高的塑性，强度塑性积达 22000MPa+Q/o以上。经过上述所述成分和工艺过程后，板厚1.5〜4.0mm热 轧钢板的抗拉强度大于750MPa，延伸率A50 (JIS5标距50mm试样）大 于28%，可达34.5%。组织主要为铁素体、贝氏体或贝氏体与马氏体的混 合组织和残余奥氏体。
附图说明
图1为本发明一段式控制冷却的示意图； 图2为本发明两段式控制冷却的示意图； 图3a为本发明含Al的C —Mn系热轧TRIP钢；
图3b为本发明对比的高Si的C-Mn系热轧TRI:P钢的试验钢板照片; 图4为本发明实施例的典型金相组织图。
具体实施方式
表1
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 用于制造和利用具有高成形性的铁素体-奥氏体不锈钢的方法 | 2020-05-28 | 256 |
| 一种提高铁路辙叉寿命的在线热处理方法 | 2020-05-29 | 579 |
| 用于制造和利用具有高成形性的铁素体-奥氏体不锈钢的方法 | 2020-05-30 | 445 |
| 一种相变诱导塑性钢及其制备方法 | 2020-05-26 | 889 |
| 一种在线制造相变诱发塑性钢无缝管的方法 | 2020-05-12 | 608 |
| 一种建立相变诱发塑性钢板成形极限图的模型方法 | 2020-05-21 | 515 |
| 一种建立相变诱发塑性钢板成形极限图的模型方法 | 2020-05-21 | 281 |
| 一种贝氏体基体相变诱发塑性钢无缝管及其制备方法 | 2020-05-21 | 585 |
| 超高强度高塑性低碳相变与孪晶诱发塑性热轧钢板及制法 | 2020-05-17 | 381 |
| 超高强度高塑性低碳相变与孪晶诱发塑性热轧钢板及制法 | 2020-05-19 | 176 |
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