[发明专利]一种含δ铁素体高性能钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含δ铁素体高性能钢及其制备方法。其中各组分含量为：C:0.38‑0.45%，Si:0.21‑0.29%，Mn:2.1‑3.0%，Al:2.2‑3.1%，N：0.0035‑0.0052%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，其余为Fe。制备方法为：首先熔炼出铸锭；将铸锭再加热轧制成板坯，空气冷却；然后热轧至2.5mm的厚度；最后再冷轧；将钢加热到奥氏体化温度，等温后取出，使钢件充分奥氏体化；快速淬火；然后在（Mf+10）‑（Ms+20）温度之间进行升温碳分配，使碳由马氏体向残余奥氏体分配；最后再淬火到室温，在室温获得高温铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织。

技术领域

本发明涉及一种含δ铁素体高性能钢及其制备方法，具体涉及一种含有高温铁素体、马氏体和残余奥氏体的复相组织的高性能钢，属于金属材料领域。

背景技术

目前，第一代汽车用钢的抗拉强度可以从IF钢的300MPa提高到马氏体钢的2000MPa, 甚至更高。但是它们的塑性基本上随抗拉强度的提高而降低。可以说具有较低强塑积的第一代汽车钢已经不能满足汽车工业未来发展对轻量化和高安全的双重要求。对于第二代汽车用钢，它的抗拉强度在800~1000MPa的水平，而且它们的塑性在50~80%的范围。由此可见，第二代汽车用钢的强塑积远远高于第一代汽车用钢，表明第二代汽车用钢具有非常高的碰撞吸能能力与良好的成型能力。但是相比于合金含量小于5%的第一代汽车用钢，第二代汽车用钢添加了大量的Cr、Ni、Mn、Si和Al等合金元素，其总合金含量高达25%以上，导致其成本较高、工艺性能较差及冶金生产困难较大。为了适应节约资源、降低成本、汽车轻量化和提高安全性的要求，需要研发具有成本接近第一代汽车用钢而性能接近第二代汽车用钢的低成本高强高塑第三代汽车用钢。

钢的显微组织结构决定钢的性能，因此，在开发低成本高强高塑第三代汽车用钢过程中，设计和控制组织显得尤为重要。美国的 Speer在含 Mn-Si 的TRIP 钢基础上，将低碳和中碳含硅钢经奥氏体化后直接淬火到 Ms（马氏体相变开始温度）和 Mf（马氏体相变结束温度）之间的某一温度，形成一定量的马氏体和未转变的奥氏体，然后在该淬火温度或者在 Ms 以上的某一温度进行等温，使碳原子由马氏体分配至未转变奥氏体，从而在室温下获得由马氏体和残余奥氏体两相组成的复相组织，得到了较高的强度和良好塑性及韧性的配合。这种马氏体型钢热处理的新工艺被称为：淬火-分配工艺（Quenching andPartitioning, Q&P）。碳分配的温度可以等于初始淬火温度，也可以高于初始淬火温度，将碳分配的温度等于初始淬火温度 Q&P处理称为一步（one-step）法处理，将分配温度高于初始淬火温度Q&P处理称为两步（two-step）法处理。 通过 Q&P 处理，可以获得强度和韧性俱佳的高强度钢。在 Q&P 工艺的基础上，充分利用碳化物的析出强化作用，徐祖耀院士于2007 年提出了一种新型的热处理工艺：淬火-碳分配-回火工艺（Quenching-Partitioning- Tempering，Q-P-T）。和 Q&P 工艺阻碍碳化物析出不同，在 Q-P-T 钢中加入碳化物形成元素，如 Nb 或（和）Mo，在 Q-P-T 处理中使马氏体基体上析出复杂碳化物，以进一步增加钢的强度。

但是，要最终使高性能钢应用到实际中去，还需要考虑其使用和服役性能。由于Si元素的添加会使钢在成形过程中出现开裂，严重影响了其成形性能，另外，高强钢在焊接过程中其热影响区会生成马氏体，从而影响其使用性能。同时，2013中国汽车产业先进制造-高强度钢系列论坛3月28日在重庆召开，会议强调钢材是汽车节能减排的关键，高强度钢的冲压和焊接是目前发展高强度钢的主要问题。由此可见，开发出高性能且具有良好成形和焊接性能的高强度钢具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种含δ铁素体高性能钢，是一种具有δ高温铁素体、马氏体和残余奥氏体组成的复相组织的高性能钢。本发明还提供了上述含δ铁素体高性能钢的制备方法。