强塑积大于30GPa%的热轧高强中锰钢的制备方法

摘要

本发明公开一种强塑积大于30GPa％的热轧高强中锰钢的制备方法，属于汽车用高强钢生产技术领域。该方法首先进行冶炼与连铸，然后热轧，热轧采用ESP薄板坯无头轧制技术，连铸坯经3‑5机架粗轧，粗轧在奥氏体再结晶区轧制，然后经5机架精轧，精轧在未再结晶区与两相区轧制，轧至厚度0.8‑2.5mm，轧后钢卷在600℃进行卷取；随后退火，采用罩式炉退火处理，退火温度为600‑640℃，保温10小时。本发明方法能够获得细小等轴铁素体、板条马氏体与奥氏体复合组织，所制备的热轧高强中锰钢具有高抗拉强度、低屈强比、连续屈服与高强塑积等优良性能，并解决了传统薄规格中锰钢冷轧生产流程长、成本高和能耗大等问题，显著提高生产效率。

权利要求

1.强塑积大于30GPa％的热轧高强中锰钢的制备方法，其特征在于该制备方法的具体步骤如下：(1)钢水冶炼，钢水采用常规转炉或电弧炉进行冶炼，然后采用LF与RH精炼，其成分按质量百分比为：C：0.18～0.22％，Si：0:10～0.30％，Mn：4.80～5.20％，Al：0.02～0.05％，P≤0.020％，S≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素；

(2)连铸，连铸采用全保护浇注与电磁搅拌，连铸坯厚度为70～90mm，连铸后的板坯直接热轧；

(3)热轧，热轧采用ESP轧制，粗轧在奥氏体再结晶区轧制，粗轧阶段采用3～5道次大压下轧制，中间坯厚度为8～20mm，精轧在奥氏体未再结晶区与两相区轧制，精轧阶段采用5道次轧制，终轧温度620～680℃，轧至厚度0.8～2.5mm，轧后钢卷在600℃进行卷取；

(4)酸洗，采用推拉式酸洗，热轧带钢经盐酸槽酸洗，以去除表面氧化铁皮；

(5)退火，采用全氢罩式退火炉，退火过程中随炉加热与随炉冷却，退火均热温度为600～640℃，均温时间10小时。

说明书

强塑积大于30GPa%的热轧高强中锰钢的制备方法

技术领域：

[0001] 本发明属于汽车用高强钢生产技术领域，具体涉及一种强塑积大于30GPa％的热轧高强中锰钢的制备方法。背景技术：

[0002] 随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，以及环境法规的实施，未来汽车发展的重要方向是减重、节能、降低排放和提高安全性。实践表明实现汽车轻量化最有效、可靠性高、性价比高的方法之一是提高汽车先进高强钢和超高强钢的应用比例，通过结构薄壁化、优化零件结构等方法实现车身轻量化。然而传统高强钢随着其强度增加，延伸率、成形性与焊接性逐渐下降，很难适应汽车行业发展对原材料的需求。因此未来汽车用钢的发展将朝着高强度、高塑性、低成本和易加工化等方向发展。第三代汽车用先进高强钢由于集第一代汽车用先进高强钢的低成本、工艺性强与第二代汽车用先进高强钢的成形性好、强塑积高等优点，引起了汽车行业及冶金行业的广泛关注。

[0003] 近年来，中锰钢作为第三代汽车用先进高强钢的代表钢种之一获得了业界的广泛关注。但是，由于中锰钢高的淬透性，热轧时获得全马氏体组织，使得其冷轧负荷与能耗较大，轧制过程中往往需要中间退火软化处理(如中国专利CN109680130A、CN105648317A、 CN106119493A、CN107858586A、CN108330406A、CN106086640A、CN108330402A、 CN104630641A、CN104651734A、CN105648317A、CN103103438A、CN103695765A)，增加了工序、能耗与成本。虽然近年来也出现了中锰钢的铸轧生产工序(如中国专利 CN107794453A、CN108546881A、CN108655354A、CN106756528A、CN107794452A)，但是铸轧生产过程中压缩比小，铸态组织得不到很好的改善，对后续冲压与冷弯等成形不利。ESP 的出现使得热轧可以生产极薄带钢(如0.8mm)，可以完全不用冷轧而“以热代冷”替代冷轧板，不仅可以缩短工序，降低成本，提高成材率，提高材料组织均匀性与改善综合性能，而且还可以显著减少能源消耗、环境污染、建设投资。发明内容：

[0004] 本发明的目的在于提供一种强塑积大于30GPa％的热轧高强中锰钢的制备方法，该方法通过薄板坯连铸连轧制备出薄规格中锰钢，解决传统热轧无法生产薄规格中锰钢；冷轧中锰钢冷轧变形难、需中间退火软化处理且容易出现吕德斯带导致零部件表面起皱问题；以及薄带铸轧压缩比下，组织粗大问题。并解决冷轧中锰钢生产流程长、成本高与能耗大等问题。本发明方法最终得到细小等轴铁素体、板条马氏体与奥氏体复合组织，所制备的热轧高强中锰钢的屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥30％，屈强比≤0.50；
所制备的高强度中锰钢的拉伸应力-应变曲线为连续屈服，无吕德斯带现象。

[0005] 本发明所提供的强塑积大于30GPa％的热轧高强中锰钢的制备方法的具体步骤如下：

[0006] (1)钢水冶炼，钢水采用常规转炉或电弧炉进行冶炼，然后采用LF与RH精炼，精炼主要去除钢中S、O、H等气体元素，其成分按质量百分比为：C：0.18～0.22％，Si：0:10～0.30％， Mn：4.80～5.20％，Al：0.02～0.05％，P≤0.020％，S≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。

[0007] (2)连铸，连铸采用全保护浇注与电磁搅拌，连铸坯厚度为70～90mm，连铸后的板坯直接热轧；

[0008] (3)热轧，热轧采用ESP轧制，粗轧在奥氏体再结晶区轧制，粗轧阶段采用3～5道次大压下轧制，中间坯厚度为8～20mm，精轧在奥氏体未再结晶区与两相区轧制，精轧阶段采用5 道次轧制，终轧温度620～680℃，轧至厚度0.8～2.5mm，轧后钢卷在600℃进行卷取；

[0009] (4)酸洗，采用推拉式酸洗，热轧带钢经盐酸槽酸洗，以去除表面氧化铁皮；

[0010] (5)退火，采用全氢罩式退火炉，退火过程中随炉加热与随炉冷却，退火均热温度为 600～640℃，均温时间10小时。

[0011] 本发明的设计思想如下：本发明方法采用传统的中锰钢化学成分，无需添加其余合金元素，对冶炼生产容易进行，并且合金成本低、经济。热轧过程中采用低温轧制，以通过形变诱导铁素体相变的方式在组织中生成一定量的细小等轴铁素体，一方面铁素体提高钢的塑性，另一方面铁素体中合金元素向奥氏体中扩散，提高未转变奥氏体的稳定性，增加奥氏体的含量，进一步提高钢的塑性。本发明中有两次稳定奥氏体的合金元素扩散，其一是热轧后采用较高温度卷取，有利于铁素体中合金元素向未转变奥氏体中扩散，使奥氏体的稳定性增加；其二是两相区临界罩式退火过程中板条马氏体中的合金元素向奥氏体转变以及部分马氏体分解转变为奥氏体。

[0012] 本发明制备工艺过程对本发明产品的影响：

[0013] 冶炼和精炼处理：目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体与P、 S等有害杂质，减少钢中夹杂物，防止冷脆与氢致裂纹敏感性，并加入碳、锰、硅等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

[0014] 连铸：连铸采用全保护浇注与电磁搅拌，以降低钢中夹杂物与防止Mn偏析，提高铸坯质量；将连铸好的板坯直接进行热轧。

[0015] 热轧：热轧采用ESP轧制，粗轧在奥氏体再结晶区轧制，粗轧阶段采用3～5道次大压下轧制，以发生充分再结晶细化奥氏体组织，中间坯厚度为8～20mm，精轧在奥氏体未再结晶区与两相区轧制，精轧阶段采用5道次轧制，终轧温度620～680℃，通过低温变形使其在变形过程中发生形变诱导相变作用，使组织中形成一定量的细小等轴铁素体；轧至厚度 0.8～2.5mm，轧后钢卷在600℃进行卷取，使铁素体中的合金元素充分向未转变的奥氏体中扩散并形成细小等轴铁素体与板条马氏体组织。

[0016] 酸洗：酸洗，采用推拉式酸洗，热轧带钢经盐酸槽酸洗，以去除表面氧化铁皮，改善带钢表面质量。

[0017] 退火：采用全氢罩式退火炉，主要是提高带钢表面质量与传热效率，使退火更加均匀充分。退火过程中随炉加热与随炉冷却，退火均热温度为600～640℃，均温时间10小时，目的是一方面使板条马氏体回火，改善塑性；另一方使板条马氏体中的合金元素向未转变的奥氏体中扩散，进一步提高塑性；同时使部分马氏体分解得到少量细小奥氏体组织。

[0018] 本发明具有以下技术特点：

[0019] 1、本发明采用薄板坯连铸连轧ESP工艺技术生产0.8～2.5mm中锰钢，其极限规格采用目前传统热轧与薄带铸轧无法实现。采用该方法可以替代传统冷轧工艺，缩短了工艺流程，降低了能耗，提高了性能稳定性、成材率与生产效率，显著降低生产成本。

[0020] 2、本发明通过优化热轧与退火工艺对组织进行调控，获得细小铁素体、板条马氏体与奥氏体复合组织，在保证退火后的钢板具有高强度、高塑性的同时，具有较低的屈强比、连续屈服等特点，有效消除了冷轧中锰钢长长屈服平台现象，从而显著改善产品的成形性。

[0021] 3、本发明采用传统的低碳、低硅、锰合金化设计，钢中未添加其余合金元素，降低了冶炼生产难度与合金成本，节约了资源。具体实施方式：

[0022] 本发明强塑积大于30GPa％的热轧高强中锰钢的制备方法具体步骤如下：(1)冶炼；(2)连铸；(3)热轧；(4)酸洗；(5)退火。本发明的钢水从中间包浇入连铸设备，然后将连铸好的板坯直接进行全连续轧制，按照既定工艺轧至目标厚度进行卷取，最后经酸洗与临界区退火处理获得所需的产品。

[0023] 实施例中，力学性能检测采用GB/T228-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》，拉伸试样标距为50mm。

[0024] 实施例1：钢的化学成分包括：C：0.19％，Si：0.16％，Mn：5.14％，Al：0.042％，P：0.018％， S：0.0021％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。

[0025] 其工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→酸洗→罩式退火→成品。

[0026] 工艺参数：热轧终轧温度为672℃，厚度：2.4mm，罩式退火温度610℃，得到的热轧高强中锰钢产品的屈服强度为482.9MPa，抗拉强度为1092.2MPa，延伸率为32.3％，强塑积为 35.3GPa·％。

[0027] 实施例2：钢的化学成分包括：C：0.22％，Si：0.25％，Mn：4.87％，Al：0.028％，P： 0.016％，S：0.0027％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。

[0028] 其工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→酸洗→罩式退火→成品。

[0029] 工艺参数：热轧终轧温度为653℃，厚度：2.0mm，罩式退火温度630℃，得到的热轧高强中锰钢产品的屈服强度为473.6MPa，抗拉强度为1068.3MPa，延伸率为32.3％，强塑积为 34.5GPa·％。

[0030] 实施例3：钢的化学成分包括：C：0.22％，Si：0.25％，Mn：4.87％，Al：0.028％，P： 0.016％，S：0.0027％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。

[0031] 其工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→酸洗→罩式退火→成品。

[0032] 工艺参数：热轧终轧温度为617℃，厚度：1.8mm，罩式退火温度630℃，得到的热轧高强中锰钢产品的屈服强度为460.8MPa，抗拉强度为1045.6MPa，延伸率为31.9％，强塑积为 33.4GPa·％。

[0033] 实施例4：钢的化学成分包括：C：0.19％，Si：0.16％，Mn：5.14％，Al：0.042％，P： 0.018％，S：0.0021％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。

[0034] 其工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→酸洗→罩式退火→成品。

[0035] 工艺参数：热轧终轧温度为645℃，厚度：2.3mm，罩式退火温度610℃，得到的热轧高强中锰钢产品的屈服强度为488.6MPa，抗拉强度为1107.3MPa，延伸率为30.9％，强塑积为 34.2GPa·％。

[0036] 实施例结果表明，本发明方法在传统中锰钢基础上未添加任何合金元素，采用ESP工艺，结合低温终轧与全氢罩式退火，以热代冷，缩短生产流程，降低能耗，提高成材率与生产效率，显著降低成本。