一种Cr、Mn合金化TRIP钢及其制备方法与流程

本发明属于汽车用钢和工程结构用钢
技术领域：
，具体涉及一种cr、mn合金化trip钢及其制备方法。
背景技术：
：目前，具优异综合力学性能的中锰trip钢越来越成为人们关注的焦点。为了获得一定体积分数的亚稳奥氏体，中锰钢中的mn含量一般介于5～12％。但当钢中的mn含量大幅升高后，会导致浇铸、轧制等生产工序都出现较大困难。cr作为钢中常见的合金元素之一，其对冶炼和轧制工序的影响相对要小很多，且铬铁的价格与锰铁相差不多。如不锈钢中的cr含量普遍在12％以上，但不锈钢的连铸和热轧工艺现在都比较成熟。其原因可能来自于两方面。一是不锈钢的生产探索了很长时间，其工艺相对成熟，而mn含量较高的twip钢或中锰钢的开发时间较短，生产工艺难以在短时间内成熟。二是不锈钢中的ni是韧化晶界的，cr虽然韧化晶界的作用有限，但并不会明显的脆化晶界；而mn是典型的晶界脆化元素。在拉坯和轧制过程中，由于板坯边角部位的温度较低，较低温度下mn元素朝晶界偏聚的趋势较大(偏聚能较大)，这样就进一步脆化了晶界，从而使得中、高mn钢的浇铸和轧制过程都容易出现问题。且中锰钢奥氏体中的mn原子与c原子容易结合成mn-c原子对而导致动态应变时效的产生，这对中锰钢成形性后的表面质量不利。如何降低中锰钢的生产困难、提高综合性能成为亟待解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明为了降低生产中锰钢的困难，提供了一种cr、mn合金化trip钢及其制备方法。本发明在减少基体中的mn含量的同时提高了cr含量。cr虽然不像mn那样能扩大奥氏体相区，但其能降低奥氏体的ms点，也能起到稳定亚稳奥氏体的作用。且cr的加入理论上能减轻动态应变时效的产生。最后，加cr之后基体的耐蚀性也会提高。在以上原则的指导下，本发明提供的trip钢通过同时添加mn、cr或在基体mn含量没有大幅提高的基础上(≤3％)、通过添加cr来获得具相当体积分数的亚稳奥氏体，从而在生产难度不大的前提下获得综合力学性能较高的trip钢。本发明第一方面提供了一种cr、mn合金化trip钢，其化学成分包括：以质量百分比计，c：0.03-0.5％，cr：0.8-11.0％，mn：0.1-7.0％，al：0.001-3.0％，si：0.001-2.0％，p≤0.02％，s≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。优选的，上述cr、mn合金化trip钢中，其化学成分还包括：以质量百分比计，ni：0-3.0％，mo：0-0.8％，cu：0-2.0％，b：0-0.005％，nb：0-0.2％，ti：0-0.3％，v：0-0.8％，zr：0-0.2％，n：0.001-0.3％，稀土元素：0-0.005％，ca：0-0.03％中的一种或几种。本发明从经济性角度出发，以c、cr和mn三种元素为基础，通过添加其它合金元素对性能进行调整和提高，本发明的合金成分具有如下特点：碳c：主要的奥氏体化元素和间隙固溶强化元素，含量至关重要。含量偏低的话会导致亚稳奥氏体含量不足；含量过高的话一方面会造成焊接性能降低，另一方面会导致钢卷难以冷轧。碳含量应控制在0.03-0.5％。铬cr：主要的固溶强化元素，同时能提高基体的淬透性并降低奥氏体的ms点。铬含量应控制在0.8-11.0％。锰mn：主要的奥氏体化元素，同时具有提高淬透性的作用，含量至关重要。含量过高的话会脆化基体。mn含量控制在0.1-7.0％。铝al：除了脱氧和细化晶粒外，铝元素也可以抑制卷取和退火过程中碳化物的析出。更重要的是，铝一方面扩大了两相区，使可选择的逆相变退火温度范围扩大；另一方面铝也可以增加亚稳奥氏体的层错能，合理的铝含量可以使亚稳奥氏体的层错能处于能同时产生twip效应和trip效应的区间，从而达到提高基体强塑积的目的；此外，铝是铁素体形成元素，能抑制奥氏体的产生，体积分数减少的奥氏体能从基体中吸收更多的碳、锰等合金元素，从而提高了亚稳奥氏体的稳定性。但铝含量不宜过高，否则会导致连铸生产困难且易产生粗大的delta铁素体，于抗拉强度不利。本发明选择将铝含量控制在0.001-3.0％。硅si：硅元素能够抑制卷取和退火过程中碳化物的析出，也能扩大两相区，同时硅固溶于铁素体可以提高铁素体强度。但硅元素过高会导致热轧表面红锈缺陷增加，降低成品表面质量。因此硅的添加量应视使用场合而定，本发明采用硅含量为0.001-2.0％。磷p：在钢液凝固时形成微观偏析，随后在加热时易朝晶界偏聚，使钢的脆性加大。故p含量应控制在0.02％以下。硫s：不可避免的不纯物，形成mns夹杂和在晶界偏聚会恶化钢的韧性，并使氢致延迟断裂敏感性增加。故s含量应控制在0.02％以下。镍ni：镍元素能增加奥氏体稳定性，同时也能有效地提高基体的韧性。镍含量视使用场合而定，本发明采用镍含量为0-3.0％。钼mo：有效地提高钢的淬透性和强化晶界，还能抑制微合金碳化物的长大。含量超过0.8％后上述作用效果接近饱和，且成本高。本发明采用钼含量为0-0.8％。铜cu：通过析出ε-cu实现强化，此外与p配合也可提高基体的耐蚀性。本发明中铜的添加范围为0-2.0％。硼b：显著提高钢的淬透性和净化晶界，含量高于0.005％后作用增加不明显。故硼含量添加范围为0-0.005％。铌nb：易与碳氮原子在奥氏体温度区间形成细小析出物，能起到细化晶粒的作用，同时固溶铌可以提高奥氏体的未再结晶温度。铌的添加量控制在0-02％。钛ti：一种强碳氮化物形成元素。在板坯加热温度区间可以形成氮化钛来细化奥氏体晶粒。钛的添加量控制在0-0.3％。钒v：以细小的碳氮化物形式存在时，具强烈的析出强化作用。在高强钢中通常也用作氢陷阱来提高钢材的抗氢致延迟断裂性能。本发明中钒的添加量控制在0-0.8％。锆zr：强碳化物形成元素之一，能起到细晶强化和析出强化的作用。本发明中锆的添加量控制在0-0.2％。氮n：与al、ti、nb、v、zr等形成化合物，细化晶粒。同时也是奥氏体区扩大元素，可以提高亚稳奥氏体的稳定性。本发明中n的添加量在0.001-0.03％。稀土re：起脱氧和脱硫作用，使夹杂物变性，提高钢的塑韧性。含量高于0.05％时作用增加不明显，故稀土的添加两控制在0-0.05％。钙ca：脱氧和脱硫，使夹杂物变性。其添加量一般与硫的比例为3:1，钙的添加量为0-0.03％。更加优选的，上述cr、mn合金化trip钢中，化学成分优选为：以质量百分比计，c：0.05-0.35％，cr：1.3-10.7％，mn：1.4-5.2％，al：0.001-3.0％，si：0.001-2.0％，p≤0.02％，s≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。进一步优选的，上述cr、mn合金化trip钢中，以质量百分比计，al含量优选0.001-2.0％。进一步优选的，上述cr、mn合金化trip钢中，以质量百分比计，si含量0.001-1.5％。进一步优选的，上述cr、mn合金化trip钢中，以质量百分比计，p≤0.015％，s≤0.01％。优选的，所述cr、mn合金化trip钢的微观组织含有体积百分比3～50％的亚稳奥氏体。本发明第二方面提供了上述cr、mn合金化trip钢的制备方法，步骤包括：s1、连铸生产铸坯或模铸生产铸锭；s2、铸坯或铸锭的热轧或热连轧：所述热连轧包括：铸坯或铸锭经1100～1250℃加热，然后粗轧、热连轧；所述热轧包括：铸坯或铸锭经1100～1250℃加热，进行多道次轧制；s3、对热轧钢板进行控制冷却、热处理或冷轧中的一种；所述热处理包括：在线热处理或离线热处理；所述在线热处理包括：将热轧钢板加热至ac1或ac3以上，保温后冷却获得组织以马氏体为主的钢板，再加热后退火、保温5min-5h以完成合金元素的配分，冷却至室温；所述离线热处理包括：直接将热轧钢板置于加热炉或罩式退火炉中进行退火以进行合金元素的配分过程；所述冷轧包括：软化退火、酸洗、冷轧退火；所述软化退火包括：将热轧钢板装入退火炉，加热并保温使基体组织组织充分软化；所述冷轧退火包括：将酸洗后的钢板进行冷轧，所述冷轧压下量为10-85％，然后进行连续退火或镀锌处理。优选的，步骤s1中，采用转炉、电炉或感应炉冶炼进行钢的冶炼，然后连铸生产铸坯或模铸生产铸锭。优选的，步骤s2中，所述热连轧包括：铸坯或铸锭经1100～1250℃加热，多道次粗轧至厚度30～50mm，再由精轧机组进行5～7道次连轧；所述热轧包括：铸坯或铸锭经1100～1250℃加热，保温1.5～2.5h后热轧。更加优选的，所述热轧和热连轧的终轧温度可根据后续工艺要求来确定，具体的，在本发明的一个实施例中提供了一种较优的热轧工艺条件，所述热轧的终轧温度≥860℃，终轧厚度为2～4mm，轧后钢板冷却至500～600℃保温0.8～1.5h，冷却至室温。优选的，步骤s3所述在线热处理中，所述再加热后退火、保温采用正相变工艺或逆相变工艺；通过所述正相变或逆相变来获得相当体积分数的亚稳奥氏体，以提高钢板的综合性能。在cr、mn含量不高的情况下，可以采用正相变工艺来获得基体组织为铁素体+贝氏体/马氏体+亚稳奥氏体，或贝氏体/马氏体+亚稳奥氏体的组织。具体的，所述正相变工艺包括：将钢板加热至940～960℃，保温3～7min，然后至于250～350℃下保温5～10min；在合金含量较高或对延伸率要求较高的情况下，可采用逆相变工艺获得体积分数更高(>10％)的亚稳奥氏体。具体的，所述逆相变工艺包括：将钢板加热至940～960℃，保温3～7min，然后油淬至室温，将油淬后的钢板至于600～700℃下保温0.8～2h。优选的，步骤s3所述冷轧工艺中，所述软化退火包括：将热轧钢板装入退火炉，加热至铁素体-奥氏体两相区或奥氏体-渗碳体两相区并保温1～5h使基体组织组织充分软化，冷却至室温；所述冷轧退火包括：将酸洗除磷后的钢板在室温下进行冷轧，所述冷轧下压量为30～70％，然后连续退火，所述连续退火的均热段温度680～850℃，缓冷段温度580～810℃，快冷段温度250～270℃。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明提供的一种cr、mn合金化trip钢，以c、cr和mn三种元素为基础，减少基体中的mn含量的同时提高了cr含量，通过添加cr来获得具相当体积分数的亚稳奥氏体，进一步配合其它合金元素对性能进行调整和提高，从而在生产难度不大的前提下获得综合力学性能较高的trip钢。(2)本发明提供的trip钢的生产工艺可根据需求进行选择和调整，在对符合化学组份要求的铸坯热轧后，可直接控制冷却，或者进行在线或离线热处理，或者对热轧板卷再进行冷轧，最终获得符合强度、延伸率等要求的高性能的热轧钢板和冷轧钢板。附图说明附图1为本发明热轧板退火组织的显微组织图。附图2为本发明冷轧板退火组织的显微组织图。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，本发明中所述室温指10～35℃的室内温度。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。下面将结合多个具体实施例对本发明的cr、mn合金化trip钢及其制备方法进行详细说明。本发明实施例中主要是针对汽车用热轧钢板和冷轧钢板的开发来确定的具体化学组份以及工艺条件，但本发明的思路同样适用于中厚板、型材和棒线材。实施例1本实施例提供了cr、mn合金化trip钢及其制备方法，步骤包括：(1)钢的冶炼：本实施例由实验室真空感应炉冶炼，浇铸成50kg的方锭。本实施例共冶炼10炉钢，分别编号为1～10，各号钢对应的化学成分见表1，表1中元素对应的含量为质量百分比含量，各号钢中除了包含表中1对应的元素，其余为fe及不可避免的杂质。表11～10号钢的化学成分表(单位：wt％)(2)热轧将钢锭在1100-1250℃加热，保温2h左右后开始热轧。终轧厚度为3mm，终轧温度不低于860℃。轧后将钢板冷至500-600℃时立即放入500-600℃的箱式加热炉中，保温1h后炉冷至室温，以模拟卷取过程。(3)热轧钢板的热处理将热轧钢板加热至ac1(680～780℃)以上进行部分奥氏体化或全奥氏体化，保温后冷却。针对1-8号钢，采用逆相变工艺，步骤包括：将钢板加热至950℃保温5min，随后油淬至室温。再将油淬钢板放入600～700℃的箱式炉中保温1h，最后空冷至室温。针对9-10号钢，采用正相变工艺，步骤包括：将钢板加热至950℃保温5min，随后放入300℃左右的盐浴炉中保温5min，然后空冷至室温。各号钢的具体热处理工艺条件，以及经不同工艺热处理条件所得热轧钢板的力学性能如表2所示。2号钢热轧板退火组织的显微组织图如附图1所示。表2经不同工艺热处理后热轧钢板的力学性能钢号热处理工艺rp0.2/mparm/mpaa/％1950℃,5min；油淬；640℃,1h；空冷633912352950℃,5min；油淬；640℃,1h；空冷662981423950℃,5min；油淬；650℃,1h；空冷648967464950℃,5min；油淬；690℃,1h；空冷476872545950℃,5min；油淬；660℃,1h；空冷7351035436950℃,5min；油淬；660℃,1h；空冷657978427950℃,5min；油淬；650℃,1h；空冷7921056418950℃,5min；油淬；650℃,1h；空冷8261127389950℃,5min；270℃,5min；空冷102613601410950℃,5min；260℃,5min；空冷956129015实施例2本实施例提供了cr、mn合金化trip钢及其制备方法，本实施例中将实施例1中所得1-10号钢在不同工艺条件下制备得到一组冷轧板，制备步骤包括：(1)钢的冶炼：本实施例采用实施例1中的1-10号钢，由实验室真空感应炉冶炼，浇铸成50kg的方锭。(2)热轧：热轧工艺与实施例1一致。(3)冷轧：将1-10号钢对应的热轧板进行软化退火处理，软化退火工艺依化学成分的不同而不同，总体原则是加热至两相区(680-980℃)保温1-5h，冷却至室温后进行酸洗，最后在室温下进行冷轧。本实施例中1-10#钢的冷轧压下量均为50％。冷轧后钢板裁切至合适尺寸，在连退模拟机上模拟连续退火过程，具体冷轧连续退火工艺参数及不同工艺条件下所得冷轧钢板的力学性能如表3所示。2号钢冷轧板退火组织的显微组织图如附图2所示。表3不同工艺处理下冷轧板的力学性能钢号热处理工艺rp0.2,rel/mparm/mpaa/％1均热:680；缓冷:580；快冷:260816967172均热:680；缓冷:580；快冷:260823985213均热:700；缓冷:600；快冷:2606231075194均热:720；缓冷:620；快冷:260475895485均热:700；缓冷:600；快冷:2607121145186均热:680；缓冷:580；快冷:2608451056297均热:680；缓冷:580；快冷:2609171150288均热:700；缓冷:600；快冷:2608831132359均热:850；缓冷:810；快冷:26085511861610均热:850；缓冷:810；快冷:260826116717尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12