一种微合金化高锰钢的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁材料热处理工艺领域，具体涉及一种用于微合金化高锰钢的热处 理方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁材料是目前汽车工业中使用最广泛的材料，在可预见的未来，钢铁材料仍然 会占据汽车材料的主导地位。近年来，由于人类生存环境的恶化及能源的短缺，迫使汽车工 业向轻量化方向发展。根据轻量化汽车联盟的研究结果，汽车重量每减少10%，燃油消耗减 少6%~8%，排放减少5%~6%。因此高强钢已经在汽车中大量应用。
[0003] 高锰钢是指锰含量在13%以上的奥氏体钢，它具有高强度(抗拉强度>1000MPa)、 高塑性(延伸率>60%)及更高的吸收能量值的高强汽车用钢，越来越受到汽车生产商的青 睐。高锰钢以其高强度、高塑性成为汽车用高强钢的研发热点，利用钒、钛、铌微合金化高锰 钢也已经广泛开发，但与之相关的热处理技术很少见诸文献。
[0004] 高锰钢传统热处理又称之为水韧处理，是将高锰钢加热至某一温度(一般为 800 - 1200°C，快速冷却到室温，对于高锰钢铸件一般还进行一次450°C以下的回火。这样 的传统热处理方式不能发挥微合金元素在高锰钢中的作用。
[0005][0006][0007]
【发明内容】
[0008] 本发明旨在提供一种容易操作，能够稳定发挥微合金化元素在高锰钢中析出强化 和氢陷阱作用，提高力学性能和抗延迟断裂能力的微合金化高锰钢的热处理方法。
[0009] 为此，本发明所采取的解决方案是：
[0010] 一种微合金化高锰钢的热处理方法，其特征在于，将微合金化高锰钢加热至 900-1200°C，保温15 - 30min，以40-65°C /s的冷速冷却至480 - 600°C，在这一温度下 保温15 - 30min ;或者将微合金化高锰钢加热至900-1200°C，保温15 - 30min，水淬至室 温，然后在 480 - 600°C 回火 15 - 30min。
[0011] 本发明的热处理工艺依据如下：
[0012] 均热温度是保证微合金化元素充分固溶与析出的重要参数，如果均热温度过低， 则微合金化元素不能完全固溶，致使微合金化元素的析出量减少，影响微合金化元素作用 的发挥。如果均热温度过高，则导致奥氏体晶粒粗大，使高锰钢的综合性能下降。因此，本 发明中将均热温度控制在900-1200°C。冷却速度决定着微合金化元素析出相的数目和尺 寸，当析出相尺寸细小、数量较多时所起的作用较大。如果冷速慢，则在冷却过程中在较高 的温度析出大尺寸的第二相，降低微合金元素的使用效率。因此选择较快的冷速，以保证微 合金化元素在较低温度的等温阶段析出，使微合金化元素的作用充分发挥。另外，如果冷却 速度过慢，则会在620 - 650°C生成渗碳体，降低固溶碳，从而严重恶化高锰钢的性能。等 温(或者回火）温度，决定了微合金元素的析出总量以及尺寸，根据溶度积公式，在化学成分 相同时，温度越低析出相的总量越多、尺寸越细小。但所有的微合金化元素析出相均存在一 个最低的析出温度，在该温度下析出相不能形核、长大。如果等温(或者回火）温度过高，将 会减少析出相总量并增大析出相的尺寸，不利于微合金化元素作用的发挥。再者，当等温温 度接近650°C时，将会生成大量的渗碳体而恶化高锰钢的性能。因此，本发明中将等温（回 火)温度控制在480 - 600°C。本发明中，快冷也可以采取水淬的方式进行，但需要在480 - 600°C进行回火处理，以保证微合金化元素的充分析出。两者原理一致，效果相同。一定的 保温时间是微合金化元素充分固溶与析出的前提，但时间过长则会增加成本、降低效率，本 发明选择15-30分钟。
[0013] 本发明的热处理工艺，易于实现，冷轧产品可以在罩式炉及连退炉进行热处理，只 要发明中的技术要求得到满足，即能获得性能优良的微合金化高锰钢。本发明中的微合金 化高锰钢含钒、钛、铌任一元素或其组合。
[0014] 本发明的有益效果为：
[0015] 1、本发明工艺简单、易于实施，可以作为微合金化高锰钢的最终热处理。
[0016] 2、本发明热处理微合金化高锰钢可以得到较佳力学性能，高锰钢的屈服强度在 450Mpa以上，抗拉强度在1000 MPa以上，延伸率60%。
[0017] 3、本发明可使微合金化元素充分析出，在提高强度的同时，也极大提高了 TWIP钢 的抗延迟断裂能力。
【具体实施方式】
[0018] 本发明对加热方式及生产线没有任何限制，只要满足在900-1200°C保温15 - 30 分钟，以大于40°C /s的冷速冷却至480 - 600°C并保温10 - 30分钟；或者在900-1200°C 保温15 - 30分钟，水淬，然后在480 - 600°C回火15 - 30分钟均可。
[0019] 实施例及对比例均为含钒微合金化高锰钢。
[0020] 实施例1 :
[0021] 将微合金化高锰钢加热至900°C，保温15分钟，以45°C /s的冷速冷却至600°C并 保温15分钟。
[0022] 实施例2 :
[0023] 将微合金化高锰钢加热至1200°C，保温30分钟，以60°C /s的冷速冷却至480°C， 并保温30分钟。
[0024] 实施例3 :
[0025] 将微合金化高锰钢加热至1050°C，保温20分钟，以50°C /s的冷速冷却至550°C， 并保温20分钟。
[0026] 实施例4 :
[0027] 将微合金化高锰钢加热至900°C，保温15分钟，水淬至室温，再加热至600°C并保 温15分钟。
[0028] 实施例5 :
[0029] 将微合金化高锰钢加热至1200°C，保温30分钟，水淬至室温，再加热至480°C并保 温30分钟。
[0030] 实施例6 :
[0031] 将微合金化高锰钢加热至1050°C，保温30分钟，水淬至室温，再加热至550°C并保 温20分钟。
[0032] 对比例1 :
[0033] 将微合金化高锰钢加热至1050°C，保温20分钟，水淬至室温。
[0034] 对比例2 :
[0035] 将微合金化高锰钢加热至1050°C，保温20分钟，以10°C /s的冷速冷却至550°C并 保温20分钟。
[0036] 对比例3 :
[0037] 将微合金化高锰钢加热至1050°C，保温20分钟，水淬至室温，再加热至650°C保温 20分钟。
[0038] 热处理完成后，对实施例和对比例进行充氢前、后力学性能测试，测试结果见表1。
[0039] 表1实施例和比较微合金化高锰钢力学性能测试结果
[0040]
[0041] 抗延迟断裂性能主要依据是对样品进行电化学充氢，然后测试力学性能，根据性 能变化对抗延迟断裂性能进行评估，如果延伸率有较大下降表明其抗延迟断裂性能差。
[0042] 从实施例1-6、比较例1-3及表1可以看出：
[0043] 采用本发明设计微合金化高锰钢热处理工艺，强度和延伸率均较高，特别是抗延 迟断裂性能好。实施例1-6满足本发明的热处理工艺设计要求，对应的综合性能好，抗拉强 度在1000 MPa以上，延伸率在60%以上，且充氢后力学性能下降不大，表明其有良好的抗延 迟断裂能力。而对比例中高锰钢的性能明显不如实施例，而且充氢后其性能下降更大。对 比例1，是正常的水韧处理，没有时效过程，无微合金元素析出，虽然延伸率较高，但强度偏 低，且充氢后力学性能大幅下降，抗延迟断裂能力差。对比例2,虽然有一定的析出，但其尺 寸大、数目少，因此其力学性能也较差，抗延迟断裂性能不好。而对比例3,由于形成了大量 的渗碳体，虽然其抗延迟断裂能力尚可，但其力学性能太差。
[0044] 因此，本发明设计的热处理工艺，适用于微合金化高锰钢的热处理。应用此工艺， 可以稳定发挥微合金化元素析出强化和氢陷阱作用，获得综合性能优异的高锰钢。
【主权项】
1. 一种微合金化高锰钢的热处理方法，其特征在于，将微合金化高锰钢加热至 900-1200°C，保温15 - 30min，以40-65°C /s的冷速冷却至480 - 600°C，在这一温度下 保温15 - 30min ;或者将微合金化高锰钢加热至900-120(TC，保温15 - 30min，水淬至室 温，然后在 480 - 600°C 回火 15 - 30min。
【专利摘要】本发明提供一种微合金化高锰钢的热处理方法，将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，以40-65℃/s的冷速冷却至480－600℃，保温15－30min；或者将微合金化高锰钢加热至900-1200℃,保温15－30min，水淬至室温，然后在480－600℃回火15－30min。本发明可使微合金化元素充分析出，处理后高锰钢屈服强度在450Mpa以上，抗拉强度在1000MPa以上，延伸率60%，并极大提高钢的抗延迟断裂能力。其工艺简单，易于实施，可以作为微合金化高锰钢的最终热处理。
【IPC分类】C21D6/00, C21D1/18
【公开号】CN104975145
【申请号】CN201410145996
【发明人】徐荣杰, 刘仁东, 郭金宇, 王旭, 王科强, 李新, 魏世同, 孙成钱, 孙建伦
【申请人】鞍钢股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月10日