专利名称：低合金复相q&p钢的生产方法
技术领域：
本发明涉及汽车用钢，具体地指一种低合金复相Q&P钢的生产方法。
背景技术：
由于Q&P (quenching and partitioning)钢具有高的强度和较好的延伸率，特 别适合于汽车车身用钢和结构用钢，如用于汽车保险杆、底盘等，可减小车身钢板的变形 程度，增强车体抵抗撞击能力，提高汽车的安全性。因此，近年来世界各国都加大了对 Q&P钢的石开究与开发。现有石开究，如"Quenching and partitioningmartensite_a novel steel heat treatment, Mater Sci Eng A，2006，438-440，25，，禾口 "Characterization of the microstructure obtained bythe quenching and partitioning processing in a low-carbon steel， Mater Char， 2008， 56， 16"等，均记载了生产Q&P钢的生产方法，其工 艺流程为热轧一巻板及冷却一奥氏体化一淬火一配分(即低温回火)一终冷，即将钢 热轧后，再将钢完全奥氏体化，然后快冷到Ms Mf点之间得到马氏体和一定体积分数的 残余奥氏体，之后进行低温回火，最终得到马氏体和具有较高稳定性残余奥氏体组成的组 织。其中，Ms点为钢在克服相变阻力发生马氏体相变时的临界温度，Mf点为马氏体相变 的结束温度。钢的Ms点与钢的成分、奥氏体晶粒尺寸等因素相关，可用公式MsrC) =5 50-361 XC% -39XMn% -35X V% -20XCr% -17XNi % -10XCu% -5X (Mo% +W% ) +15X % Co+30X % Al来近似估算钢的Ms点。文献"Microst潔ture evolution of a low-carbon steel during 即plicationof quenching and partitioning heat treatments after partialaustenitization， Met Mater Trans A， 2009， 40， 46"则采用了热轧后再部分奥 氏体化处理，之后再淬火及配分，最终的组织为铁素体加马氏体及残余奥氏体。申请号为 200810033295. 7、名称为低合金超高强度复相钢及其热处理方法的中国发明专利申请公开 说明书中介绍的Q&P钢生产工艺流程为将热轧后的材料加热到800 IOO(TC，进行奥氏 体化处理后，将工件迅速淬入50 250°C的液体淬火介质中，再将工件放入250 450°C的 液体淬火介质中进行配分。申请号为200710045886. 1、名称为采用碳分配和回火提高淬火 钢件机械性能的热处理方法的中国发明专利申请公开说明书也介绍了类似的工艺流程。上 述技术文献和专利文献所公开的Q&P钢生产方法均是在热轧后还需要后续热处理，其工艺 繁琐、能耗较高，而且产品钢组织主要为马氏体和残余奥氏体，所得到的Q&P钢虽然强度较 高，但其总延伸率只在20%左右，其塑性较差，不能很好地满足汽车制造用钢性能的需要。 因此，从节约能源、降低成本、简化工艺、以及进一步提高钢材料强度及塑性等综合力学性 能的角度考虑，有必要对现有Q&P钢的生产方法作进一步改进。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种工艺简单、能耗较低、产品具有较高强度和良好塑
性的低合金复相Q&P钢的生产方法。 为实现上述目的，本发明所设计的低合金复相Q&P钢的生产方法，该方法是以低碳锰硅钢或低碳锰硅铝钢为原材料进行热轧变形处理的过程，该过程依次包括如下步骤 1)将钢还加热到1100 1250。C，保温5 120min ;
2)然后以5 20°C /s的速度将其冷却到1000 IIO(TC ;
3)再以1 50s—1的应变速率对其进行粗轧； 4)粗轧完成后，以5 50°C /s的速度将其冷却到1\ T2温度区间，其中1\ = A3 A3-30°C、 T2 = Ari Art+10°C、 A3为钢在平衡冷却时从奥氏体开始向铁素体相变的温 度、Art为钢在冷却条件下从奥氏体开始向铁素体相变的温度；
5)再以1 50s—1的应变速率对其进行精轧； 6)精轧完成后，以40 IO(TC /s的速度将其冷却到T3 1\温度区间，其中丌3低 于Ms点、T4高于Mf点、Ms点为钢在克服相变阻力发生马氏体相变时的临界温度、Mf点为 马氏体相变的结束温度； 7)最后将其加热至250 45(TC，恒温3 30min，冷却至室温，即可获得低合金复 相Q&P钢。 进一步的，步骤3)中所述粗轧时实施2 3道次变形，各道次应变量控制在20 50%。 更进一步，步骤5)中所述精轧时实施1 3道次变形，各道次应变量控制在20 30%。 再进一步，步骤5)中所述精轧时各道次时间间隔小于5s。 本发明是根据动态相变的学术思路，将低碳锰硅钢或低碳锰硅铝钢加热到 1100 125(TC范围的奥氏体化温度，在此温度下保温5 120min，以保障充分奥氏体化。 再以5 20°C /s的速度冷却到1000 110(TC范围内，然后以1 50s—1的应变速率实施 2 3道次变形，道次应变量控制在20% 50%。然后采用5 50°C /s的冷却速度将奥 氏体冷却至1\ T2温度区间，其中1\处于A3到A3以下3(TC范围内，T2处于Art以上10°C 到43范围内，此时奥氏体处于过冷状态，其中~为钢在平衡冷却时从奥氏体开始向铁素体 相变的温度，Aw为钢在冷却条件下从奥氏体开始向铁素体相变的温度。根据热膨胀法测 定，以5 50°C /s的冷却速度时，钢的43温度在^温度以下的50 25(TC较宽的温度范 围，这样可扩大工艺窗口，利于过冷奥氏体动态相变进行。在奥氏体处于过冷状态时，再以 1 50s—1的应变速率实施1 3道次变形，各道次形变量控制在20 30% ，各道次变形时 间间隔控制在小于5s，可使过冷奥氏体快速发生部分铁素体相变。由于过冷奥氏体动态相 变的发生需一定的形变量，减少道次间的时间间隔，可有效阻止道次间奥氏体的回复，有利 于奥氏体中储存能的增加。在随后的轧制过程中，在较小的形变条件下发生动态相变及生 成部分铁素体。生成铁素体后，应当立即以40 IO(TC /s的速度冷却到T3 T4温度区间 淬火，其中T3应低于该钢的Ms点，T4应高于该钢的Mf点。快速的冷却速度可将动态相变 时产生的缺陷大量保存于未相变奥氏体中，这将有助于马氏体及最终组织的细化。最后加 热到250 45(TC温度范围内进行低温回火，等温3 30min，使马氏体中的碳充分配分，从 而得到由铁素体+马氏体+残余奥氏体所组成的低合金复相Q&P钢。最后水冷或空冷到室温。 本发明的生产方法通过过冷和变形的双重作用，促进奥氏体发生部分铁素体转 变，并在生成部分铁素体后快速冷却，将动态相变时产生的缺陷大量保存于未相变奥氏体
4中，使马氏体及最终组织细化。经检测，本发明方法生产的低合金复相Q&P钢组织中铁素体 晶粒约在3 5微米之间，马氏体板条较短，除了在马氏体板条间存在部分板条状残余奥氏 体外，在铁素体晶粒中还存在着部分颗粒状残余奥氏体。由于软相铁素体及残余奥氏体所 产生的TRIP效应，获得的低合金复相Q&P钢比现有的常规Q&P具有更好的塑性，且由于有 马氏体而非贝氏体的存在，本发明方法生产的低合金复相Q&P钢具有比TRIP钢更高的强度 和更好的综合力学性能。 与现有技术相比，本发明的低合金复相Q&P钢的生产方法不需要热轧后再次奥氏 体化，简化了工艺流程，降低了能耗。而且该方法主要通过轧制后的快速冷却来控制马氏体 等的形成，这就避免了常规Q&P钢生产过程中因淬火液容器较小，只能生产较小部件和淬 火液温度控制难的问题。
图1是本发明生产方法中热加工工艺的温度与时间关系示意图； 图2是本发明实施例1所生产低合金复相Q&P钢的显微组织图片； 图3是本发明实施例1所生产低合金复相Q&P钢的SEM照片； 图4是本发明实施例1所生产低合金复相Q&P钢中残余奥氏体的X射线衍射结果
示意图； 图5是本发明实施例2所生产低合金复相Q&P钢的显微组织图片； 图6是本发明实施例3所生产低合金复相Q&P钢的显微组织图片； 图7是本发明实施例4所生产低合金复相Q&P钢的显微组织图片。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的低合金复相Q&P钢的生产方法作进一步 的详细说明。 本发明各实施例中对钢坯处理的温度与时间的关系如图1所示。其中钢坯粗轧 完成后的冷却温度区间1\ T2控制在A3 Ar3之间，1\ = A3 A3-30°C 、T2 = Ar3 Ar3+10°C; 钢坯精轧完成后的冷却温度区间T3 T4控制在Mf点 Ms点之间，T3低于Ms点、T4高于 Mf点。 实施例1 选用原材料钢的化学成份按重量百分数计为C :0. 2、 Mn :1. 50、 Si :1.60、N:
0. 0034、 P :0. 02、 S < 0. 0045、 0 < 0. 003，余量为Fe和不可避免的杂质。
生产步骤如下 1)将钢坯加热到IIO(TC ，保温120min ;
2)然后以5°C /s的速率将其冷却到IOO(TC ; 3)再以Is—1的应变速率实施粗轧，粗轧时实施2道次变形，各道次应变量控制在
50% ; 4)粗轧完后，以5°C /s速率冷却到780°C (用热膨胀法测得此钢的Ari为750°C， 用Thermo-Calc软件算出此钢的A3为863 °C ); 5)再以50s—1的应变速率实施精轧，精轧时实施3道次变形，各道次应变量控制在20% ; 6)精轧完后立即以40°C /s的速率冷却到180°C ;
7)最后在40(TC盐浴炉中保温3min，然后空冷到室温。 得到的低合金复相Q&P钢显微组织结构如图2所示，经分析，该组织主要由体积分 数为15%的铁素体、78%的马氏体、7%的残余奥氏体体所组成。对该低合金复相Q&P钢的 SEM照片(如图3所示)分析可见，组织中铁素体晶粒尺寸较为细小，马氏体体板条较短，除 存在部分板条状残余奥氏体外，在铁素体晶粒间，还分布着部分颗粒状残余奥氏体。图4是 该低合金复相Q&P钢组织的X射线衍射图，图中的(220)Y和(311)Y两峰值表明该组织中 存在着一定体积分数的残余奥氏体。 获得的低合金复相Q&P钢的力学性能为屈服强度750MPa，抗拉强度lOOOMPa，均 匀延伸率11%、总延伸率20%。
实施例2 选用原材料钢的化学成份按重量百分数计为:C :0. 2、Mn :1. 50、 Si :0. 50， Al :1. 0，
余量为Fe和不可避免的杂质。
生产步骤如下 1)将钢坯加热到1250°C ，保温5min ; 2)然后以20°C /s的速度将其冷却到IIO(TC ; 3)再以50s—1的应变速率进行粗轧，粗轧时实施3道次变形，各道次应变量控制为
20% ; 4)粗轧完后，以50°C /s的速度冷却到800°C (用热膨胀法测得此钢的Ari为 780。C，用Thermo-Calc软件算出此钢的A3为974°C ); 5)再以Is—1的应变速进行精轧，精轧时率实施3道次变形，各道次应变量控制在 30% ; 6)精轧完后立即以IO(TC /s的速率冷却到150°C ;
7)最后在250°C的盐浴炉中保温30min，然后空冷到室温。 得到的低合金复相Q&P钢显微组织结构如图5所示，经分析，该组织中铁素体的 晶粒尺寸约2 4微米，体积分数为19. 5%，马氏体和残余奥氏体体积分数分别为75%及 5. 5%。 获得的低合金复相Q&P钢的力学性能为屈服强度595MPa，抗拉强度800MPa，均匀 延伸率19%、总延伸率32%。
实施例3 选用钢种的化学成分同实施例2。
生产步骤如下 1)将钢坯加热到1200°C，保温100min ;
2)然后以10°C /s的速度将其冷却到1050°C ; 3)再以25s—1的应变速率进行粗轧，粗轧时实施2道次变形，给道次应变量控制为
30% ; 4)粗轧完后，以30°C /s的速度冷却到800°C (用热膨胀法测得此钢的Ari为 780。C，用Thermo-Calc软件算出此钢的A3为974°C );
6
5)再以20s—1的应变速率进行精轧，精轧时实施3道次变形，各道次应变量控制为
25% ; 6)精轧完后立即以60°C /s冷却到150°C ; 7)最后在45(TC盐浴炉中保温5min，然后空冷到室温。 得到的低合金复相Q&P钢显微组织如图6所示，经分析，该组织中，铁素体体积分 数为25%，马氏体为70%，残余奥氏体为5%。 获得的低合金复相Q&P钢的力学性能为屈服强度605MPa，抗拉强度810MPa，均匀 延伸率15%、总延伸率32%。 实施例4 选用钢种的化学成分同实施例1。 生产步骤如下 1)将钢坯加热到1200°C ，保温20min ; 2)然后以l(TC /s的速度将其冷却到IIO(TC ; 3)再以30s—1的应变速率进行粗轧，粗轧时实施3道次变形，给道次应变量控制为
20% ; 4)粗轧完后，以50°C /s的速度冷却到760°C (用热膨胀法测得此钢的Ari为 750。C，用Thermo-Calc软件算出此钢的A3为863°C ); 5)再以20s—1的应变速率进行精轧，精轧时实施1道次变形，道次应变量控制为
25% ; 6)精轧完后立即以80°C /s冷却到200°C ; 7)最后在42(TC盐浴炉中保温3min，然后空冷到室温。 得到的低合金复相Q&P钢显微组织结构如图7所示，经分析，该组织中铁素体体积 分数为28 % ，马氏体为64. 5 % ，残余奥氏体为7.5%。 获得的复相Q&P钢的力学性能为屈服强度650MPa，抗拉强度920MPa，均匀延伸率 10%、总延伸率20%。 对上述各实施例的复相Q&P钢的显微组织分析可见，组织中铁素体体积分数为 10 30%，马氏体为60 85%，残余奥氏体为5 10%左右。 本发明方法生产的复相Q&P钢屈服强度均高于600MPa，抗拉强度均高于800Mpa， 均匀延伸率在10 20%之间、总延伸率在20 32%之间，表现出的较高的强度和良好的 塑性，其综合力学性能比常规Q&P钢好。
权利要求
一种低合金复相Q&P钢的生产方法，该方法是以低碳锰硅钢或低碳锰硅铝钢为原材料进行热轧变形处理的过程，该过程依次包括如下步骤1)将钢坯加热到1100～1250℃，保温5～120min；2)然后以5～20℃/s的速度将其冷却到1000～1100℃；3)再以1～50s-1的应变速率对其进行粗轧；4)粗轧完成后，以5～50℃/s的速度将其冷却到T1～T2温度区间，其中T1＝A3～A3-30℃、T2＝Ar3～Ar3+10℃、A3为钢在平衡冷却时从奥氏体开始向铁素体相变的温度、Ar3为钢在冷却条件下从奥氏体开始向铁素体相变的温度；5)再以1～50s-1的应变速率对其进行精轧；6)精轧完成后，以40～100℃/s的速度将其冷却到T3～T4温度区间，其中T3低于Ms点、T4高于Mf点、Ms点为钢在克服相变阻力发生马氏体相变时的临界温度、Mf点为马氏体相变的结束温度；7)最后将其加热至250～450℃，恒温3～30min，冷却至室温，即可获得低合金复相Q&P钢。
2. 根据权利要求1所述的低合金复相Q&P钢的生产方法，其特征在于所说的步骤3) 中，粗轧时实施2 3道次变形，各道次变形量控制在20 50%。
3. 根据权利要求1或2所述的低合金复相Q&P钢的生产方法，其特征在于所说的步 骤5)中，精轧时实施1 3道次变形，各道次变形量控制在20 30%。
4. 根据权利要求3所述的低合金复相Q&P钢的生产方法，其特征在于所说的步骤5) 中，精轧时各道次变形工序的间隔时间小于5s。
全文摘要
本发明公开了一种低合金复相Q&P钢的生产方法。该方法是以低碳锰硅钢或低碳锰硅铝钢为原材料，依次经过以下步骤将钢坯加热到1100～1250，保温5～120min后以5～20℃/s的速度冷却到1000～1100℃，然后以1～50s-1的应变速率进行粗轧；再以5～50℃/s的速度冷却到T1～T2温度区间，其中T1＝A3～A3-30℃，T2＝Ar3～Ar3+10℃；再以1～50s-1的应变速率进行精轧；精轧完后以40～100℃/s的速度冷却到T3～T4温度区间，其中T3低于Ms点，T4高于Mf点；然后加热至250～450℃，恒温3～30min后冷却至室温。试验证明，本发明方法生产的低合金复相Q&P钢具有较高的强度和良好的塑性，其综合力学性能比常规Q&P钢好。
文档编号B21B37/16GK101775470SQ20101011889
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者刘吉斌, 尹云洋, 方芳, 朱丛茂, 罗国华, 范植金, 陈玮 申请人:武汉钢铁(集团)公司