[发明专利]利用γ→α同素异构转变提升Fe-Mn-Al-C双相钢力学性能的热处理工艺

说明书

本发明公开了一种利用γ→α同素异构转变提升Fe‑Mn‑Al‑C双相钢力学性能的热处理工艺，属于汽车用钢技术领域。本发明钢材在热轧后加热至1273～1373K，保温30min～1h，然后进行水冷至室温，随后进行冷轧处理，冷变形量50～80％。选择两相区温度对冷轧钢板进行退火处理，退火温度不高于冷轧前的保温温度，退火时间10s～5min。本发明得到一种奥氏体晶界处发生γ→α转变的双相组织，γ相和α相取向满足K‑S关系，同时奥氏体内C的固溶量增加，实现了钢材屈服强度和韧性的提升。本发明工艺是一种同时提高双相钢强度和塑性的热处理工艺，全面优化和提升了Fe‑Mn‑Al‑C双相高铝轻质钢的品质。

技术领域

本发明涉及一种低密度高强度冷轧钢及其热处理工艺，特别是涉及一种高铝轻质钢及其热处理工艺，还涉及一种提升低密度高强度冷轧钢板力学性能的热处理工艺，应用于汽车用钢轻量化技术领域。

背景技术

在节能减排、降低污染的全球共识下，汽车生产厂家越来越关注于使用低密度高强度汽车钢板来减轻车身重量，以达到减少碳排放、节约能源的目的。减轻重量是开发应用于汽车的Fe-Mn-Al-C钢材的主要驱动力，密度低于Fe(7.8g/cm³)的合金元素，如Al(2.7g/cm³)，Si(2.3g/cm³)，Mn(7.21g/cm³)通常添加到Fe-C钢中以降低密度并控制相组成。较低的密度是由于这些轻元素改变了钢的晶格参数，同时由于其低原子质量而减轻重量。例如，添加12％的铝将使铁的密度降低17％，其中晶格膨胀贡献10％并且原子质量减少贡献额外的7％。目前最新开发第三代汽车用钢利用热轧或冷轧组织在退火过程中发生的逆转变奥氏体来形成微米或亚微米级的奥氏体和铁素体双相组织，奥氏体在应变过程中发生TRIP或TWIP效应来提高钢的塑性和强度。但双相轻质钢随着Al元素含量的增多，奥氏体的层错能会大幅提高，使其应变过程中难以发生TRIP或TWIP效应，变形机制以位错滑移为主，钢板的力学性能降低。因此制约了双相轻质钢中铝元素添加，对研发更低密度汽车钢板提出了挑战。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用γ→α同素异构转变提升Fe-Mn-Al-C双相钢力学性能的热处理工艺，提升了高铝轻质钢的力学性能，采用成分和组织控制相结合的方法，通过冷轧钢退火条件下发生的γ→α同素异构转变，来改善单轴拉伸过程中位错在两相的滑移能力，提高两相的变形协调性。同时，本发明工艺制备的Fe-Mn-Al-C双相高铝轻质钢的奥氏体体积分数的减少促进了C、Mn原子的再分配，提高了奥氏体内的碳含量，固溶强化作用增强，钢板屈服强度明显提高。本发明最终获得一种同时提高双相钢强度和塑性的热处理工艺，全面优化和提升了Fe-Mn-Al-C双相高铝轻质钢的品质。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用γ→α同素异构转变提升Fe-Mn-Al-C双相钢力学性能的热处理工艺，使Fe-Mn-Al-C钢材在奥氏体在晶界处发生γ→α同素异构转变，制备Fe-Mn-Al-C双相钢，包括如下步骤：

a.将Fe-Mn-Al-C钢进行热轧，其中Fe-Mn-Al-C钢的成分按质量百分比为：C:0.3～0.8％，Mn:10.0～15.0％，Al:7.0～10.0％，Si:0～3.0％，并且Al和Si元素的质量分数之和为10％，余量为Fe元素及不可避免的杂质元素；

b.将经过所述步骤a热轧制后的Fe-Mn-Al-C钢进行高温等温后水冷热处理；

c.将经过所述步骤b高温等温后水冷的Fe-Mn-Al-C钢进行室温轧制处理；

d.将经过所述步骤c室温冷轧处理后的Fe-Mn-Al-C钢进行高温退火处理，得到具有奥氏体和铁素体双相组织的Fe-Mn-Al-C双相钢。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，将热锻Fe-Mn-Al-C钢进行热轧，开轧温度为1373K～1473K，终轧温度为1073K～1173K。