[发明专利]非均质片层结构中锰钢及其制备方法

说明书

本发明公开了非均质片层结构中锰钢及其制备方法，所述中锰钢具有由富Mn残余奥氏体和贫Mn马氏体纳米片层相互交叠组成的非均质片层组织，其制备方法包括：将珠光体作为初始组织的中锰钢进行两段式热处理，其中第一阶段热处理以小于30℃/s的升温速率升至低于奥氏体形成温度的预热温度，并保温进行预热处理；第二阶段热处理以小于30℃/s的升温速率从预热温度升至奥氏体逆转变温度，并保温进行奥氏体逆转变处理；最后进行回火处理。本发明通过在较低加热速率下的两段式加热处理，可制备出与快速加热工艺具有同等微观组织和力学性能的中锰钢，显著降低了工业生产条件、为在传统工业生产中制备具有非均质结构的大厚钢板提供了新的技术路线。

技术领域

本发明涉及中锰钢材料的技术领域。

背景技术

先进高强度钢在汽车工业中被广泛用作结构材料，其中，中锰钢为最有前途的第三代高强钢之一。中锰钢的典型微观组织是铁素体/马氏体和残余奥氏体，其通过残余奥氏体的相变诱发塑性实现了强度和延伸率之间的匹配，而奥氏体逆转变工艺可通过在两相区的退火将奥氏体稳定元素(如碳(C)和锰(Mn))配分到奥氏体中，从而提高奥氏体的稳定性，使其在室温下得以保留，但为了获得足够稳定的奥氏体，往往需要较高的退火温度或较长的退火时间，以保证元素的配分。这不仅降低了生产效率和成本，而且高温或长时间退火不可避免地会造成铁素体/马氏体晶粒粗化，从而恶化中锰钢的力学性能。

最近，快速加热工艺(≥100℃/s)的提出能有效地降低带钢生产过程中的能耗并提高加工效率，能够有效抑制变形组织的再结晶以促进非平衡奥氏体的形成，进而显著改善机械性能。如中国专利文献CN112063931A公开了一种低碳中锰高残奥高强韧钢及其热处理，其通过对变形马氏体和细小渗碳体初始组织进行的快速加热及极短奥氏体化处理，制备出了具有优异力学性能的高含量残余奥氏体和不完全再结晶铁素体组成的异构组织，其中，加热至两相区的升温速率不低于100℃/s，两相区保温时间极短以限制变形组织的再结晶；或如中国专利文献CN112251679A和CN110468263A公开了一种基于富Mn的渗碳体和贫Mn的铁素体组成的片状珠光体的快速加热工艺，该工艺可避免奥氏体内部Mn元素扩散，从而制备出由富Mn的亚稳残余奥氏体和贫Mn的马氏体片层交替组成的纳米片层结构。

尽管上述快速加热技术在先进高强钢的生产中显示出了巨大的潜力，但其在实际生产中受到的限制非常明显，包括：(1)由于快速加热技术的加热速率过快(≥100℃/s)，而传统加热装备的加热速率一般低于20℃/s，该热处理技术难度较高、对加热设备的要求很苛刻，难以将该快速加热的处理方式扩大到与当前连续退火生产线相当的大工业规模；(2)该快速加热技术需要在极短的时间内完成奥氏体逆转变，所以钢板的厚度一般不超过1.5mm，大大限制了大厚钢板的工业生产；(3)该快速加热技术极易导致钢材的弯曲变形等。

如何在目前大工业生产中获得与快速加热具有同等微观组织和力学性能的中锰钢是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种通过两段式加热进行热处理的中锰钢制备方法，在该热处理方式下，可通过较低的加热速率获得包含由超细残余奥氏体和马氏体片层交替组成的非均质片层结构中锰钢，其可显著降低工业生产条件、同时解决现有技术容易导致产品弯曲变形的技术问题。

本发明首先提供了如下的技术方案：

非均质片层结构中锰钢的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将热轧钢板升温至奥氏体单相区形成温度，并保温进行奥氏体化处理，其后冷却至铁素体和渗碳体的两相区温度，并保温进行珠光体转化，最后冷却至室温；

(2)通过第一升温速率将完成珠光体转变的热轧板加热至预热温度，并保温进行预热处理，至材料温度分布均匀，得到预热后材料；通过第二升温速率将所述预热后材料加热至奥氏体逆转变温度，并保温进行奥氏体逆转变，其后降温至室温，得到奥氏体逆转变后材料；

(3)将所述奥氏体逆转变后材料进行回火处理，得到所述非均质片层结构中锰钢；