一种针对中锰抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法

申请号 CN202410148485.2 申请日 2024-02-01 公开(公告)号 CN117925975A 公开(公告)日 2024-04-26
申请人 安徽工业大学; 发明人 郑成思; 俞程诚; 唐阳; 贾志垚; 齐睿; 王永强; 李娜; 张明亚;
摘要 本 发明 涉及金属材料制备技术领域,具体涉及一种针对中锰 钢 抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,属于金属材料制备技术领域,包括以下步骤:S1:确定 碳 含量;S2:确定 热处理 温度 ;S3:制备沿长度方向的非均匀组织;S4:确定工艺参数范围和非均匀组织特征。本发明采取适当降低碳含量结合构筑长度方向的非均匀组织来抑制中锰钢的室温锯齿流变并具有高强塑积,可以为中锰钢提供抑制锯齿流变、兼具高强塑积的组织调控方法,对其他含亚稳奥氏体相金属材料的抑制锯齿流变、保持良好 力 学性能也具有借鉴意义,值得被推广使用。
权利要求

1.一种针对中锰抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,确定含量:
根据不同碳含量中锰钢的锯齿流变剧烈程度确定中锰钢的碳含量范围;
S2,确定热处理温度
根据不同温度热处理的中锰钢室温学性能确定轧制方式和热处理温度;
S3,制备沿长度方向的非均匀组织:
对变截面钢板进行轧制和热处理以制备沿长度方向的非均匀组织;
S4,确定工艺参数范围和非均匀组织特征:
沿轧制方向的不同位置切割拉伸试样并进行测试,筛选出可以抑制锯齿流变兼具高强塑积的工艺参数范围和非均匀组织特征。
2.如权利要求1所述的一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,其特征在于,所述步骤S1中,通过室温拉伸实验评估不同碳含量中锰钢的锯齿流变剧烈程度,选择锯齿流变剧烈程度较弱的中锰钢的碳含量作为碳含量的上限。
3.如权利要求1所述的一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,其特征在于,所述步骤S2中,对步骤S1确定的含碳量中锰钢进行不同温度、相同时间的热处理,筛选出强塑积较高、锯齿流变轻微的热处理温度。
4.如权利要求1所述的一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,其特征在于,所述步骤S3中,设计、切割变截面钢板,然后对变截面钢板进行轧制和热处理以制备沿长度方向的非均匀组织。
5.如权利要求4所述的一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,其特征在于,所述轧制和热处理的方式为步骤S2中确定的轧制方式和热处理温度。
6.如权利要求1所述的一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,其特征在于,所述步骤S4中,沿轧制方向的不同位置切割拉伸试样,在室温下进行拉伸实验,筛选出锯齿流变得到明显抑制且具有高强塑积的样品,确定工艺参数和表征其显微组织中的奥氏体体积分数和微观组织形貌。

说明书全文

一种针对中锰抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属材料制备技术领域,具体涉及一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法。

背景技术

[0002] 随着国民经济发展平的快速提升,汽车工业步入了高速发展阶段。伴随汽车工业高速发展而产生的环境污染与能源危机,汽车轻量化对节能减排和环境保护有非常显著的效果。汽车工业中采用的钢材主要用于汽车结构件,提高钢材的强度以降低车身重量成为当前钢企、车企和科研院所的研发重点。相对于第一、二代先进高强钢,中锰钢具有较好的性能和成本匹配。因此,中锰钢被认为是第三代先进高强钢的候选材料之一。
[0003] 中锰钢优异的学性能与其多相组成和独特的相变效应存在着密切的联系。其退火组织通常由素体和奥氏体构成,组织中亚稳奥氏体在塑性变形过程中主要通过发生相变诱导塑性(TRIP)效应显著地提升钢材的强度和塑性。然而,中锰钢在加工硬化过程中会出现宏观剪切带(应变局域化,在拉伸曲线上表现为锯齿流变),从而导致冷成形中锰钢在其表面出现一系列带状褶皱。褶皱缺陷深入钢材表面,影响表面质量和部件安全,成为限制中锰钢生产和应用的关键问题。目前,有关中锰钢的理论研究表明,可动位错与原子交互作用(动态应变时效)是导致锯齿流变的主因。
[0004] 因此,抑制中锰钢锯齿流变现象具有重要的理论意义和工程应用价值。虽然针对抑制锯齿流变已提出优化成分设计和电脉冲处理等方法,但是缺乏相关的组织结构调控方法使中锰钢呈现高强塑积、无锯齿流变的力学行为。
[0005] 鉴于上述缺陷,本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决如何通过调控组织结构和奥氏体中的碳含量,使中锰钢的锯齿流变得到抑制且具有高强塑积的问题,提供了一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法。
[0007] 为了实现上述目的,本发明公开了一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,包括以下步骤:
[0008] S1,确定碳含量:
[0009] 根据不同碳含量中锰钢的锯齿流变剧烈程度确定中锰钢的碳含量范围;
[0010] S2,确定热处理温度
[0011] 根据不同温度热处理的中锰钢室温力学性能确定轧制方式和热处理温度;
[0012] S3,制备沿长度方向的非均匀组织:
[0013] 对变截面钢板进行轧制和热处理以制备沿长度方向的非均匀组织;
[0014] S4,确定工艺参数范围和非均匀组织特征:
[0015] 沿轧制方向的不同位置切割拉伸试样并进行测试,筛选出可以抑制锯齿流变兼具高强塑积的工艺参数范围和非均匀组织特征。
[0016] 所述步骤S1中通过室温拉伸实验评估不同碳含量中锰钢的锯齿流变剧烈程度,选择锯齿流变剧烈程度较弱的中锰钢的碳含量作为碳含量的上限。
[0017] 所述步骤S2中对步骤S1确定的含碳量中锰钢进行不同温度、相同时间的热处理,筛选出强塑积较高、锯齿流变轻微的热处理温度。
[0018] 所述步骤S3中设计、切割变截面钢板,然后对变截面钢板进行轧制和热处理以制备沿长度方向的非均匀组织。
[0019] 所述轧制和热处理的方式为步骤S2中确定的轧制方式和热处理温度。
[0020] 所述步骤S4中沿轧制方向的不同位置切割拉伸试样,在室温下进行拉伸实验,筛选出锯齿流变得到明显抑制且具有高强塑积的样品,确定工艺参数和表征其显微组织中的奥氏体体积分数和微观组织形貌。
[0021] 与现有技术比较本发明的有益效果在于:本发明中的针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,可通过调控组织结构使中锰钢的锯齿流变得到抑制且具有高强塑积,便于在钢板生产阶段得到呈现高强塑积、弱锯齿流变力学行为的中锰钢,可省去后期电脉冲加工抑制锯齿流变的工序和能源消耗,以及节约添加合金元素带来的生产成本,值得被推广。
[0022] 本发明针对中锰钢中普遍出现高强塑积与无或弱锯齿流变不兼容这一现象;在对非均匀组织结构的调控上,通过设计梯形板尺寸与梯形板轧制变形后沿长度方向的形变梯度变化,构筑沿长度方向的梯度非均匀组织,最终得到抑制中锰钢室温锯齿流变兼具高强塑积的结果。附图说明
[0023] 图1为本发明实施例2中拉伸试样尺寸图;其中图1a和图1b拉伸试样标距段长度分别为25mm和10mm;
[0024] 图2为本发明实施例2中不同轧制方式+热处理的0.06C‑9Mn钢和0.3C‑9Mn钢拉伸曲线;其中图2a和图2b所选取拉伸试样标距段长度分别为25mm和10mm;
[0025] 图3为本发明实施例2中变截面钢板尺寸图;
[0026] 图4为本发明实施例2中两种拉伸试样标距段在钢板中取样位置示意图;
[0027] 图5为本发明实施例2中图4取样的拉伸曲线;其中图5a和图5b分别为拉伸试样标距段长度为25mm、10mm的拉伸曲线;
[0028] 图6为本发明实施例2中图4取样位置标距段(10mm)的X射线衍射图谱;其中图6a与图6b、图6c分别为取样位置1与位置2、位置3的X射线衍射图谱;
[0029] 图7为本发明实施例2中图4取样位置标距段(10mm)的显微组织形貌;其中图7a与图7b、图7c分别为取样位置1与位置2、位置3的显微组织形貌。

具体实施方式

[0030] 以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0031] 实施例1
[0032] 一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,包括以下步骤:
[0033] 步骤S1的具体过程如下:
[0034] 冶炼较低碳含量中锰钢(质量百分数,C元素:≤0.10%,Mn元素:8.80%~10.30%,Si元素:0.10%~0.35%,P元素:≤0.01%,S元素:≤0.003%,简称LC‑Mn钢)和较高碳含量中锰钢(质量百分数,C元素:≥0.30%,Mn元素:8.80%~10.30%,Si元素:0.10%~0.35%,P元素:≤0.01%,S元素:≤0.003%,简称HC‑Mn钢),将上述中锰钢锻造成钢锭,在T1保温2h,然后热轧成d1厚钢板并空冷至室温;随后将热轧板在T2保温2h,然后温轧成d2厚钢板并空冷至室温;
[0035] 将热轧LC‑Mn钢,热轧+温轧LC‑Mn钢,热轧HC‑Mn钢和热轧+温轧HC‑Mn钢加工成拉伸试样,随后将上述试样在T3保温1h后空冷至室温,将拉伸样品机械抛光后进行室温拉伸实验;
[0036] 依据上述拉伸曲线,比较热处理后的热轧LC‑Mn钢,热轧+温轧LC‑Mn钢,热轧HC‑Mn钢和热轧+温轧HC‑Mn钢的锯齿流变剧烈程度,选择呈现较弱锯齿流变中锰钢作为后续步骤的实验对象;
[0037] 步骤S2的具体过程如下:
[0038] 将步骤S1中经不同轧制方式和热处理温度处理后的试样进行拉伸试验;将所得到拉伸曲线的抗拉强度和断后伸长率列表计算强塑积,确定不同轧制方式和热处理温度与力学性能之间的关联性;选择较高强塑积对应的轧制方式和热处理温度;
[0039] 步骤S3的具体过程如下:
[0040] 依据专利CN202110099128.8,在确定板状拉伸试样各部位的尺寸特征长度后,根据轧机能力确定变截面钢板的最大宽度、最大厚度,根据拉伸试样的厚度确定经轧制后梯形板的最小厚度,未轧制前的梯形板的最薄处的设计厚度应大于轧制后钢板的最小厚度,最厚处的设计厚度应小于根据轧机能力确定的钢板最大厚度,并且最厚处的压下量应小于轧机的最大压下厚度,通过计算形变梯度变化和加工裕量,最终确定梯形板各部分的尺寸;
[0041] 将步骤S1选定的中锰钢(热轧态)按已确定尺寸切割成变截面钢板,然后将变截面钢板按照步骤S2确定的轧制方式和热处理工艺处理,制备沿长度方向的非均匀组织;
[0042] 步骤S4的具体过程如下:
[0043] 沿轧制方向的不同位置切割拉伸试样,将试样进行拉伸实验获得拉伸曲线,依据拉伸曲线选择锯齿流变明显得到抑制且具有较高强塑积的试样,分析各取样位置与试样尺寸对锯齿流变的抑制效果以及强塑积结果,确定该试样的尺寸与取样位置;表征标距段显微组织中的奥氏体体积分数和显微组织形貌;并选择较佳调控模型将试样标距段开始位置和结束位置的初始厚度除以轧后变截面钢板厚度,确定压下量范围和热处理工艺。
[0044] 实施例2
[0045] 一种针对中锰钢抑制室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控方法,包括以下步骤:
[0046] 步骤S1的具体过程如下:
[0047] 冶炼较低碳含量中锰钢(质量百分数,C元素:0.06%,Mn元素:8.94%,Si元素:0.30%,P元素:0.004%,S元素:0.003%,简称0.06C‑9Mn钢)和较高碳含量中锰钢(质量百分数,C元素:0.3%,Mn元素:8.86%,Si元素:0.31%,P元素:0.004%,S元素:0.004%,简称
3
0.3C‑9Mn钢),将上述中锰钢锻造成60×60×500mm 钢锭,在1200℃保温2h,然后热轧成
15mm厚钢板并空冷至室温;随后将热轧板在650℃保温2h,然后温轧成7.5mm厚钢板并空冷至室温;
[0048] 将热轧0.06C‑9Mn钢,热轧+温轧0.06C‑9Mn钢,热轧0.3C‑9Mn钢和热轧+温轧0.3C‑9Mn钢加工成如图1所示两种拉伸试样,随后将上述试样在580℃或630℃保温1h后空冷至室温,将拉伸样品机械抛光后进行室温拉伸实验(拉伸曲线如图2所示);
[0049] 图2结果表明,热轧+630℃热处理0.3C‑9Mn钢具有明显的锯齿流变,而热轧+热处理0.06C‑9Mn钢没有锯齿流变,热轧+温轧+热处理0.3C‑9Mn钢的锯齿流变要比热轧+温轧+热处理0.06C‑9Mn钢的锯齿流变剧烈,因此,将中锰钢中的碳含量设定为C元素:≤0.06%;
[0050] 步骤S2的具体过程如下:
[0051] 分别将图2中两种不同拉伸试样尺寸0.06C‑9Mn钢的抗拉强度和断后伸长率列表计算强塑积(表1);将图2和表1相结合,对于两种试样尺寸,不同轧制方式和热处理温度与力学性能之间的关联性表现一致;具体表现为:在相同热处理温度下,轧制方式为热轧+温轧时材料的整体强塑积相比于热轧得到了较高的提升,轧制方式为热轧+温轧时在拉伸曲线上出现锯齿流变现象,而热轧并未出现锯齿流变现象;在相同轧制方式下,热处理温度为630℃时材料的力学性能相比于580℃较优良,能够在保持较高延伸率的同时使抗拉强度得到提升;由此可得,热轧+温轧+630℃热处理可获得较高的强塑积,将轧制方式选择为热轧+温轧,热处理温度选择为630℃;
[0052] 表1不同试样尺寸在不同轧制方式和热处理工艺处理下的0.06C‑9Mn钢的力学性能
[0053]
[0054] 步骤S3的具体过程如下:
[0055] 依据专利CN202110099128.8,在确定板状拉伸试样各部位的尺寸特征长度后,根据轧机能力确定变截面钢板的最大宽度、最大厚度,根据拉伸试样的厚度确定经轧制后梯形板的最小厚度,未轧制前的梯形板的最薄处的设计厚度应大于轧制后钢板的最小厚度,最厚处的设计厚度应小于根据轧机能力确定的钢板最大厚度,并且最厚处的压下量应小于轧机的最大压下厚度,通过计算形变梯度变化和加工裕量,最终确定梯形板各部分的尺寸(如图3所示);
[0056] 将热轧态0.06C‑9Mn钢切割成如图3所示变截面钢板,然后将变截面钢板在650℃保温2h,然后按照图3中的轧制方向温轧成3.5mm厚钢板并空冷至室温,随后将温轧变截面钢板在630℃保温1h后空冷至室温,制备沿长度方向的非均匀组织;
[0057] 步骤S4的具体过程如下:
[0058] 沿轧制方向的不同位置切割拉伸试样(图1),标距段长度的切割位置示意图如图4所示,将试样进行拉伸实验获得拉伸曲线(图5),图5表明试样标距段长度为10mm时整体强塑积与抑制锯齿流变效果较为良好,由此对更优拉伸尺寸样品(标距段长度10mm)做进一步说明;
[0059] 图5b是标距段长度为10mm时的拉伸曲线,位置1试样的拉伸曲线在屈服阶段后锯齿流变现象较为剧烈,强塑积达到41.8GPa·%;位置2的拉伸曲线中将锯齿流变延缓到应变为10%时发生,在此之前并未发生锯齿流变,强塑积达到45.2GPa·%;位置3试样在整个拉伸曲线中的锯齿流变明显得到抑制,并且具有较高的强塑积为36.6GPa·%;
[0060] 不同取样位置拉伸样品标距段的X射线衍射图谱如图6所示,位置1为均匀组织结构,表征该标距段显微组织中的奥氏体体积分数为60%(图6a);位置2经过非均匀组织调控,表征该标距段显微组织中的奥氏体体积分数为62%‑65%(图6b);位置3经过非均匀组织调控,表征该标距段显微组织中的奥氏体体积分数为64%‑66%(图6c);
[0061] 不同取样位置拉伸样品标距段的显微组织形貌如图7所示,位置1为均匀组织结构,其形貌由等轴状+板条状铁素体和奥氏体组织组成(图7a);位置2为非均匀组织结构,组织形貌多为板条状,沿着轧制方向晶粒尺寸略有增大,标距段晶粒尺寸从0.20μm增大至0.28μm(图7b);位置3为非均匀组织结构,显微组织上呈现出明显由板条状向等轴状变化的趋势,标距段晶粒尺寸从0.20μm增大至0.30μm,其中位置3‑(c)中等轴状组织占比达到25%(图7c);
[0062] 因此,将试样标距段长度为10mm时的取样位置3作为抑制中锰钢室温锯齿流变兼具高强塑积的组织调控模型的较佳实施案例,将位置3试样标距段开始位置和结束位置的初始厚度除以温轧变截面钢板厚度,确定压下量范围为31%‑42%,热处理工艺为630℃保温1h。
[0063] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。
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