[发明专利]一种制备亚微米复相钢的热机械处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于低碳高锰钢的热机械处理方法，特别涉及一种用于制备低成本、高强度的亚微米复相钢的热机械处理方法。

背景技术

晶粒细化是提高材料的强度和保持其塑性的有效手段，超细晶（5μm以下）材料具有超高硬度、优异的压缩和拉伸强度，而且在一定温度下存在超塑性变形能力。但当晶粒尺寸降低到1微米以下（亚微米）时，在强度显著提高的同时强屈比迅速下降，塑性（特别是最重要的延性指标—均匀延伸率）降低。这主要是由于组织超细化使材料的加工硬化率明显下降。而合理的相控制可以有效改善材料的加工硬化能力，升高材料的强屈比，提高强韧化水平。例如，可以通过分散的第二相颗粒（渗碳体或马氏体）改善超细晶钢铁材料的加工硬化能力，提高超细晶钢铁材料的室温均匀延伸率。

另一方面，随着人们对保护环境和节能降耗需求的不断增长，汽车制造商对重量轻、能耗低、安全性高的汽车的开发研制也重视起来，对汽车用钢板的要求也越来越高。TRIP（transformation induced plasticity,相变诱发塑性）钢的组织主要由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成，具有较高的屈服强度和抗拉强度，延展性强，用作汽车钢板可减轻车身重量，降低油耗，同时能量吸收性强，能够抵御撞击时的塑性变形，显著提高汽车的安全性。TRIP现象最初是由Zackey等（ZACKAY V.F.,PARKER E.R.,FAHR D.and BUSH R.:The enhancement of ductility on high strength steel.Transactions of ASM,1967,60(2):252-259）在奥氏体不锈钢中发现，是指在应变的作用下钢中残余的亚稳奥氏体发生应变诱导马氏体相变，从而提高钢的塑性和强度。TRIP效应与钢中残余奥氏体含量有着密切的关系，残余奥氏体含量越高，应变硬化率越高，TRIP效应越强。

当超细晶钢铁材料的第二相为残余奥氏体时，由于变形过程中残余奥氏体可以发生TRIP效应，可以更加有效地改善其加工硬化能力，因此可以获得更好的强度‐塑性配合。近年来发展的所谓“高锰TRIP钢”的典型显微组织即是由晶粒尺寸在1微米左右的铁素体基体和尺寸与之相近的马奥岛（马氏体及残余奥氏体）组成，其中残余奥氏体的体积含量在5-40%范围内。这种钢的抗拉强度可以达到800MPa以上，延伸率可以达到30%以上，反映材料抗冲击能力的强塑积（抗拉强度与延伸率的乘积）指标可以达到30000MPa%以上，满足现代汽车工业对材料的强度-塑性配合的较高要求（Gibbs P.J.,De Moor E.,Merwin M.J.,Clausen B.,Speer J.G.and Matlock D.K.:Austenite stability effects on tensile behavior of manganese-enriched-austenite transformation-induced plasticity steel,Metallurgical and Materials Transactions A,2011,42A(12):3691-3702）。低碳高锰TRIP钢的碳含量一般在0.05～0.3wt%范围内，锰含量一般在4.0～8.0wt%范围内，其一般制备工艺是：熔炼-热轧-空冷-冷轧-两相区退火-水冷或空冷。由于具有较高的锰含量（5-7wt%），在高温奥氏体区热轧后空冷即可得到以马氏体为主的室温组织；马氏体组织中已具有较高的位错密度，通过对其进行大变形量的冷轧，可以使室温组织中位错等晶体缺陷密度显著提高；将这种室温组织加热到两相区退火时，马氏体转变为铁素体和奥氏体，与此同时，碳原子和锰原子在铁素体与奥氏体中进行配分，奥氏体中碳含量和锰含量提高；由于碳和锰均是奥氏体稳定化元素，当奥氏体中碳含量和锰含量达到一定程度后，在随后的冷却过程中会有相当程度的奥氏体保留到室温而其余部分转变为马氏体，即得到铁素体和马奥岛组成的复相组织；而且较高的锰含量可以显著细化组织，因此得到的复相组织中铁素体和马奥岛的尺寸均在1微米左右或更小。但是，由于室温组织是具有较高位错密度的马氏体，冷轧过程的变形抗力较大，对轧制设备的要求较高、能耗也较高；即使增加冷轧变形，为了实现锰元素的充分配分以得到合适的复相组织，通常需要进行长时间的两相区退火，如退火时间一般在几小时、几十小时，甚至达到1周。因此，有必要开发一种工艺简单、退火时间短的高锰TRIP钢制备工艺。

发明内容