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一种 热轧 相变诱发塑性 钢板及其制备方法

阅读：220发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种热轧相变诱发塑性钢板及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种热轧相变诱发塑性钢板及其制备方法，属于冶金技术领域，该钢板的成分按重量百分比为含C0.18～0.20％，Mn1.30～1.45％，Si0.60～0.70％，Al0.50～0.60％，P≤0.009％，S≤0.007％，Nb0～0.040％，余量为Fe。制备方法为：将低碳硅钢冶炼成钢锭，加热至1200±10℃，锻造成钢坯；装入加热炉中加热至1200±10℃，保温1～2hr，进行粗轧和精轧，空冷至700～760℃，以40～50℃/s的速度加速冷却，采用卷取机卷取。本方法制备的热轧相变诱发塑性钢板抗拉强度高，具有良好的冲击韧性。，下面是一种热轧相变诱发塑性钢板及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种热轧相变诱发塑性钢板，其特征在于：该钢板的成分按重量百分比为含C0.19％，Mn1.37％，Si0.68％，Al0.54％，P0.0068％，S0.0068％，余量为Fe，该热轧钢板的屈服强度570MPa，抗拉强度689MPa，强塑积20118.8MPa％，总延伸率为29.2％，组织的体积百分比为铁素体51.6％，贝氏体40.1％，残余奥氏体8.3％；并且残余奥氏体中的碳含量为0.942wt％。
2.权利要求1所述的一种热轧相变诱发塑性钢板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行(1)将低碳硅钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为含C0.19％，Mn1.37％，Si0.68％，Al0.54％，P0.0068％，S0.0068％，余量为Fe；将该钢锭加热至1200±10℃，保温1.5hr，锻造成钢坯；(2)在750℃条件下将钢坯装入加热炉中，加热至1200±10℃，保温1hr，保温结束后采用轧机进行粗轧和精轧，粗轧为3个道次，开轧温度为1060℃，第二次轧制温度为980℃，第三次轧制温度为900℃，粗轧总变形量为47％；精轧为2个道次，第一次精轧温度为870℃，终轧温度为800℃，精轧总变形量为41％，获得轧件；
(3)精轧结束后将轧件空冷至700℃，再以40～50℃/s的速度加速冷却，冷却至375℃时采用卷取机卷取，卷曲后空冷至室温。

说明书全文

一种热轧 相变诱发塑性 钢板及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种热轧相变诱发塑性钢板及其制备方法。

背景技术

[0002] 国家推出燃油税政策使得消费者更多选择耗油少、排量小的汽车，汽车工业的升级换代必须加快。 TRIP(Transformation Induced Plasticity)钢又称相变诱发塑性钢，是近几年发展起来的一种高强度高塑性钢。用作汽车钢板可以减轻车重，降低油耗，同时有较强的能量吸收能力，能够抵御撞击时的塑性变形，显著提高汽车的安全等级，具有明显的优越性。这种钢板成为近来汽车用钢板的一大热点。随着生产工艺的不断提高和完善，TRIP钢板的大规模工业化生产已成为可能，应用前景也将更加广阔。

[0003] 典型的硅锰系TRIP钢含有1.3％～2.0％的硅，硅的存在有利于获得较多的残余奥氏体，从而获得大的相变诱发塑性。但硅含量过高使得TRIP钢在工业生产中存在以下几方面的问题：(a)连铸坯韧性较差，不易生产；(b)热轧时易产生很厚的氧化铁皮，不易酸洗，影响带钢的表面质量；(c)在热镀锌时，高的Si含量使锌层的润湿性变差且极易形成脆性的合金层，从而减弱镀层与基板的结合力。铝的作用方式与硅类似，且铝的添加不会恶化镀覆性能，铝可以作为硅的替代元素。但是铝含量过高会降低钢的抗热裂纹能力和镀锌产品耐侵蚀能力。微合金元素Nb的加入对晶粒细化、相变行为、奥氏体中的碳富集和马氏体形核起着显著的作用，使工艺控制变得较容易，能够在韧性不明显下降的情况下进一步增加钢的强度。

[0004] 生产TRIP钢板典型的工艺路线主要分为热轧和冷轧热处理两种。近二十来，国内外学者的研究领域主要集中在冷轧热处理TRIP钢的轧后临界退火和贝氏体等温处理方面。而对于热轧TRIP钢的研究在生产中更具有实际意义，相关报道却不多见。这是因为热轧TRIP钢为了得到一定量而稳定的残余奥氏体，需要在一定的温度范围内结束冷却，这在生产操作上是有一定困难的，需要改进操作技术和准确地确定冷却温度。而热轧TRIP钢的生产相对于冷轧热处理TRIP钢生产不需要冷轧和冷轧后的热处理等工艺步骤，从而降低了生产成本。而现有的TRIP钢的硅含量过高，使得钢板的连铸坯韧性较差、恶化钢的热轧性能和镀覆性能。

发明内容

[0005] 针对以上技术问题，本发明提供一种热轧相变诱发塑性钢钢板及其制备方法。

[0006] 本发明的热轧相变诱发塑性钢板(TRIP钢板)的成分按重量百分比为含C0.18～0.20％，Mn1.30～1.45％，Si0.60～0.70％，Al0.50～0.60％，P≤0.009％，S≤0.007％，Nb0～0.040％，余量为Fe。该热轧钢板的屈服强度不小于535MPa，抗拉强度不小于
639MPa，强塑积大于18000MPa％。

[0007] 本发明的热轧TRIP钢板的制备方法按以下步骤进行：

[0008] 1、将低碳硅钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为C0.18～0.20％，Mn1.30～1.45％，Si0.60～0.70％，Al0.50～0.60％，P≤0.009％，S≤0.007％，Nb0～0.040％，余量为Fe。然后将该钢锭加热至1200±10℃，保温1.5～2hr，锻造成钢坯。

[0009] 2、采用热装炉的方式，在750～800℃条件下将钢坯装入加热炉中，加热至1200±10℃，保温1～2hr，保温结束后采用轧机进行粗轧和精轧，开轧温度为1060～
1120℃，粗轧为3～5个道次，轧制温度为900～1120℃，粗轧总变形量为40～50％；
精轧为2个道次，轧制温度为760～870℃，精轧总变形量为40～50％，终轧温度为
760～800℃，获得轧件。

[0010] 3、精轧结束后将轧件空冷至700～760℃，再以40～50℃/s的速度加速冷却，冷却至350～550℃时采用卷取机卷取，卷曲后空冷至室温。

[0011] 本发明以铝部分取代硅使得钢中的硅的质量分数降低，同时加入或不加入微合金元素铌的原则设计了新型TRIP钢的化学成分。当TRIP钢中含Nb时，Nb的加入使得TRIP钢的组织得到细化，残余奥氏体量略有减少。随着Nb含量的增加，屈服强度和抗拉强度升高，然而Nb含量过高使得经济成本增加的同时，随Nb含量的增加，TRIP钢铁素体晶粒大小和贝氏体组织的尺寸大小降低，贝氏体量增加，伸长率和强塑积却降低。因此Nb的含量控制在在一定范围之内(0.010～0.020％左右)效果更好。

[0012] 本发明在解决硅含量过高会使得连铸坯韧性较差、恶化钢的热轧性能和镀覆性能等问题的同时，确定了能获得TRIP钢最佳性能的成分范围。通过准确控制精轧温度、精轧变形量、冷却方式、水冷开冷温度和卷取温度，利用控轧控冷方法成功开发了新一代热轧TRIP钢板，其抗拉强度最高达为739MPa，总延伸率最大为37.5％，强塑积可超过25000MPa％以上，实现了TRIP钢板强度和塑性良好的匹配；其脆性转变温度都在-80℃以下，常温冲击功达120J，表现出良好的冲击韧性。附图说明

[0013] 图1为本发明实施例1中的热轧TRIP钢板产品的拉伸试样和冲击试样尺寸图，图中(A)为拉伸试样尺寸图，(B)为冲击试样尺寸图，(C)为(B)侧视图。

[0014] 图2为本发明实施例中热轧TRIP钢板的冲击功-温度曲线图，图中No.1-2为2#热轧TRIP钢板，No.2-2为5#热轧TRIP钢板，No.3-2为8#热轧TRIP钢板。

[0015] 图3为本发明实施例2中的5#热轧TRIP钢板产品在的冲击断口形貌图，图中(D)为-25℃时的冲击断口形貌图，(E)为-50℃时的冲击断口形貌图，(F)为-110℃时的冲击断口形貌图。

[0016] 图4为本发明实施例中的热轧TRIP钢板产品光学显微组织图，图中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)和(i)分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#和9#热轧TRIP钢板的光学显微组织图。

[0017] 图5为本发明实施例2中的5#热轧TRIP钢板产品变形前后的电子衍射图，图中(j)为变形前组织形貌，(k)和(l)为变形后组织形貌，(m)为马氏体的电子衍射花样；图中的F为铁素体，B为贝氏体，AR为残余奥氏体，M为马氏体。

具体实施方式

[0018] 本发明实施例中采用的加热炉为50kW电加热箱式炉。

[0019] 本发明实施例中采用的轧机是东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室自行设计的φ450mm×450mm的热轧机组，最大轧制力4000kN，轧制速度0～1.5m/s，主电机功率400kW。

[0020] 本发明实施例中采用的水冷设备的冷却速度为5～400℃/s。

[0021] 本发明实施例中轧件表面温度的测量采用日本产ICON手提式红外线测温仪，高温仪测量温度的范围为600～3000℃，低温仪的测量范围为-50～1000℃。

[0022] 实施例1

[0023] 将低碳硅钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为含C0.19％，Mn1.37％，Si0.68％，Al0.54％，P0.0068％，S0.0068％，余量为Fe。将该钢锭加热至1200±10℃，保温1.5hr，锻造成钢坯。

[0024] 采用热装炉的方式，在750℃条件下将钢坯装入加热炉中，加热至1200±10℃，保温1hr，保温结束后通过输送辊道传送到轧机中，采用轧机进行粗轧和精轧，粗轧为3个道次，开轧温度为1060℃，第二次轧制温度为980℃，第三次轧制温度为900℃，粗轧总变形量为47％。

[0025] 精轧为2个道次，第一次精轧温度为870℃，终轧温度为800℃。精轧总变形量为41％。获得轧件。

[0026] 将轧件空冷至700℃，通过输送辊道传送到水冷设备中，利用管流喷水冷却轧件，通过调节冷却水的流量和水冷设备的组数控制水冷速度为40～50℃/s，分别水冷至375℃、420℃和460℃时采用卷取机卷取，空冷至室温，获得1#、2#和3#热轧TRIP钢板。

[0027] 根据GB/T 228-2002 “金属材料室温拉伸试验方法”将该热轧TRIP钢板加工成拉伸试样，具体尺寸如图1(a)所示，拉伸试验在SANSCMT5000电子机械实验机上进行，横梁移动速度为2.5mm/min，拉伸过程由计算机程序自动控制。依据GB/T229-1994对TRIP钢进行了冲击实验。钢带的厚度为3.8mm，冲击试样采用V形缺口非标试样，具体尺寸如图1(b)所示。在JBW-500屏显冲击试验机上进行系列冲击实验，试样在泡沫塑料容器中保温，用水银温度计测温。 0℃到-60℃采用干冰酒精混合物，低于-60℃到-110℃采用液态氮酒精混合物，-190℃采用液态氮来控制试样温度。操作时试样在实验温度下保温5min，取出后在3～5s内冲断。每组3支试样，读取并计算冲击功和冲击韧性的平均值(Ak)，按标准规定进行温度补偿后，将实验数据绘制成冲击韧性-温度曲线并确定TRIP钢的脆性转变温度。钢板的力学性能取3个试样的平均值。

[0028] 沿轧制方向切取试样，将切下的试样用砂纸进行打磨；然后在机械抛光机上抛光，抛光剂用Cr2O3，直到在金相显微镜上见不到划痕为止；最后用无水酒精棉球拭檫干净并吹干。采用4％硝酸酒精溶液进行金相腐蚀。腐蚀完成后迅速用酒精清洗，然后吹TM干。在OLYMPUSGX51倒置式多功能金相显微镜上观察金相组织。用OLYCIA M3金相图象分析软件测量铁素体的体积百分数，每个工艺对应的试样选用20个视场，取其平均值。冲击断口在SSX550扫描电镜上对冲击断口进行观察。在热轧态的金相试样和靠近拉伸变形后的断口上切取0.3mm薄片，用砂纸磨至0.05mm，采用双喷法化学减薄，电解液为9％高氯酸和91％乙醇。减薄时温度控制在-28～-23℃之间，电流45mA，电压
50V。制成的电镜试样在TEMCAIG2-20透射电镜下进行微观结构的观察和分析。

[0029] 用砂纸将金相试样表面的氧化膜去掉，对其进行机械抛光直至无划痕为止，用无水酒精棉球拭檫干净并吹干。利用中科院金属研究所的日本生产的D/Max-RaX射线衍射仪测定组织中的残余奥氏体量，其中射线为Cu靶Kα线，X射线入射方向垂直于轧板表面。使用Ni滤波片，步进扫描速度为1/min，电压为56KV，电流为182MA。分别计算(200)α、(211)α、(220)γ和(311)γ衍射峰的积分强度，按直接对比法计算残余奥氏体的体积分数。残余奥氏体中含碳量按公式a0＝0.3578+0.0033Cγ确定，其中Cγ为残余奥氏体的含碳量(质量分数，％)，a0为(220)晶面的点阵常数(nm)。

[0030] 在不同卷取温度下进行三次实验后，1#、2#和3#热轧TRIP钢板的力学性能如表1所示。

[0031] 表1

[0032]

[0033] 其中2#TRIP热轧TRIP钢板的冲击功-温度曲线如图2所示。 1#、2#和3#热轧TRIP钢板的脆性转变温度都在-80℃左右。

[0034] 1#、2#和3#热轧TRIP钢板的光学显微组织结构如图4的(a)、(b)和(c)所示。

[0035] 1#、2#和3#热轧TRIP钢板的组织体积分数如表2所示。

[0036] 表2

[0037]

[0038] 从表2可以看出，1#、2#和3#热轧TRIP钢板的铁素体的体积分数较少，贝氏体和残余奥氏体的体积分数较多，残余奥氏体的碳含量也较高。

[0039] 实施例2

[0040] 将低碳硅钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为含C0.18％，Mn1.38％，Si0.67％，Al0.56％，P0.0075％，S0.0048％，Nb0.014％，余量为Fe。将该钢锭加热至1200±10℃，保温2hr，锻造成钢坯。

[0041] 采用热装炉的方式，在780℃条件下将钢坯装入加热炉中，加热至1200±10℃，保温1.5hr，保温结束后通过输送辊道传送到轧机中，采用轧机进行粗轧和精轧，粗轧为3个道次，开轧温度为1080℃，第二次轧制温度为1000℃，第三次轧制温度为930℃，粗轧总变形量为45％。

[0042] 精轧为2个道次，第一次精轧温度为850℃，终轧温度为780℃。精轧总变形量为43％。获得轧件。

[0043] 将轧件空冷至730℃，通过输送辊道传送到水冷设备中，利用管流喷水冷却轧件，通过调节冷却水的流量和水冷设备的组数控制水冷速度为40～50℃/s，分别水冷至400℃、450℃和500℃时采用卷取机卷取，空冷至室温，获得4#、5#和6#热轧TRIP钢板。

[0044] 力学性能测试方法同实施例1。 4#、5#和6#热轧TRIP钢板的力学性能如表3所示。

[0045] 表3

[0046]

[0047]

[0048] 其中5#TRIP热轧TRIP钢板的冲击功-温度曲线如图2所示。 4#、5#和6#热轧TRIP钢板的脆性转变温度都在-80℃左右。

[0049] 4#、5#和6#热轧TRIP钢板的光学显微组织结构如图4的(d)、(e)和(f)所示。

[0050] 4#、5#和6#热轧TRIP钢板的组织体积分数如表4所示。

[0051] 表4

[0052]

[0053] 从表4可以看出，4#、5#和6#热轧TRIP钢板的铁素体的体积分数、贝氏体和残余奥氏体的体积分数适中，残余奥氏体的碳含量适中。

[0054] 5#TRIP热轧TRIP钢板在-25℃、-50℃和-110℃时的冲击断口形貌分别如图3(D)(E)(F)所示。冲击断口的形貌与冲击功的值是对应的。图3(D)为-25℃的断口形貌，韧窝呈等轴或抛物线形，韧窝较深，大小均匀，其为冲击吸收功变化不大的高冲击吸收功部分，属于韧性断口；当冲击温度降到-50℃时，冲击断口照片中有大面积的河流花样出现，还有小面积细小的韧窝带(图3(E))，其为冲击吸收功变化较大的中间部分，断口形貌为结晶状和纤维状的混合断口，TRIP钢从韧性断裂转变为脆性断裂；随着温度的进一步降低，图3(F)为-110℃的端口形貌，其为冲击吸收功变化不大的低冲击吸收功部分，冲击断口中的韧窝逐渐渐少最后消失，断口形貌为结晶状，为典型的脆性断裂断口，此时TRIP钢变为脆性断裂。

[0055] 5#TRIP热轧TRIP钢板拉伸变形前后的TEM组织如图5所示。其中图5(j)显示了拉伸变形前的组织形貌，其中小岛状组织为残余奥氏体(AR)，图5(k)和(l)为TRIP钢拉伸变形后的组织形貌，其中板条状组织经过计算可以确定其为马氏体(M)，图5(m)为马氏体组织的电子衍射花样和标定。结合热轧TRIP钢板的金相组织，X射线分析和TEM分析可以确定，热轧TRIP钢板经过控轧控冷后，组织主要有铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成，残余奥氏体的碳得到富集，确保了残余奥氏体一定的稳定性。热轧TRIP钢板经过拉伸变形后，铁素体和贝氏体没有变化，而组织中有马氏体出现，变形后的组织主要为铁素体、贝氏体、残余奥氏体和马氏体。热轧TRIP钢板变形后的残余奥氏体的体积分数减少，马氏体的体积分数增多，这表明在变形过程，应变诱发了残余奥氏体向马氏体相变，确保了TRIP钢相变诱发塑性的发生，即TRIP效应的出现。

[0056] 实施例3

[0057] 将低碳硅钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为含C0.18％，Mn1.39％，Si0.66％，Al0.58％，P0.0083％，S0.0050％，Nb0.036％，余量为Fe。将该钢锭加热至1200±10℃，保温1.5hr，锻造成钢坯。

[0058] 采用热装炉的方式，在800℃条件下将钢坯装入加热炉中，加热至1200±10℃，保温2hr，保温结束后通过输送辊道传送到轧机中，采用轧机进行粗轧和精轧，粗轧为3个道次，开轧温度为1120℃，第二次轧制温度为1020℃，第三次轧制温度为960℃，粗轧总变形量为43％。

[0059] 精轧为2个道次，第一次精轧温度为820℃，终轧温度为760℃。精轧总变形量为45％。获得轧件。

[0060] 将轧件空冷至760℃，通过输送辊道传送到水冷设备中，利用管流喷水冷却轧件，通过调节冷却水的流量和水冷设备的组数控制水冷速度为40～50℃/s，分别水冷至420℃、480℃和525℃时采用卷取机卷取，空冷至室温，获得7#、8#和9#热轧TRIP钢板。

[0061] 力学性能测试方法同实施例1。 7#、8#和9#热轧TRIP钢板的力学性能如表5所示。

[0062] 表5

[0063]

[0064] 其中8#TRIP热轧TRIP钢板的冲击功-温度曲线如图2所示。 7#、8#和9#热轧TRIP钢板的脆性转变温度都在-80℃左右。

[0065] 7#、8#和9#热轧TRIP钢板的光学显微组织结构如图4的(g)、(h)和(i)所示。

[0066] 7#、8#和9#热轧TRIP钢板的组织体积分数如表6所示。

[0067] 表6

[0068]

[0069] 从表6可以看出，7#、8#和9#热轧TRIP钢板的铁素体的体积分数较少，贝氏体和残余奥氏体的体积分数较少，残余奥氏体的碳含量也较低。

[0070] 实施例4

[0071] 将低碳硅钢冶炼成钢锭，其成分按重量百分比为含C0.18％，Mn1.38％，Si0.67％，Al0.56％，P0.0075％，S0.0048％，Nb0.014％，余量为Fe。将该钢锭加热至1200±10℃，保温2hr，锻造成钢坯。

[0072] 采用热装炉的方式，在750℃条件下将钢坯装入加热炉中，加热至1200±10℃，保温1.5hr，保温结束后通过输送辊道传送到轧机中，采用轧机进行粗轧和精轧，粗轧为5个道次，开轧温度为1080℃，粗轧总变形量为50％。精轧为2个道次，终轧温度为
780℃。精轧总变形量为41％，获得轧件。

[0073] 将轧件空冷至730℃，通过输送辊道传送到水冷设备中，利用管流喷水冷却轧件，通过调节冷却水的流量和水冷设备的组数控制水冷速度为40～50℃/s，水冷至450℃时采用卷取机卷取，空冷至室温，获得热轧TRIP钢板。

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