一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢及其制备方法

摘要

本发明提供一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢及其制备方法，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.25～0.35％，Mn：5.0～7.0％，Al：0.5～1.6％，P≤0.03％，S≤0.04％，余量为Fe及不可避免的杂质。制备方法包括如下步骤：(1)冶炼；(2)锻造；(3)两阶段温轧；(4)退火。本发明生产的抗拉强度超过1300MPa，强塑积大于60GPa％的钢板，合金化成本低，制备简单，适用范围广，满足多个行业的要求；制备过程采用两阶段温轧工艺，保证了产品的尺寸精度和厚度均匀性，同时避免了冷轧前以及轧制过程中需要长时间退火的问题，减少了生产周期，缩短了生产线，降低了生产成本和资源消耗。

权利要求

1.一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢，其特征在于：所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.25～0.35％，Mn：5.0～7.0％，Al：0.5～1.6％，P≤0.03％，S≤0.04％，余量为Fe及不可避免的杂质；所述高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为奥氏体和铁素体，其中，奥氏体的体积百分比为10～50％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌存在片层状和等轴状两种状态；所述中锰钢的抗拉强度为1300～1500MPa，屈服强度为800～1000MPa，伸长率为41.66％～50％，强塑积为60～70GPa％。

2.根据权利要求1所述的一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)按照一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的化学成分以质量百分比配比，采用真空冶炼技术，浇铸成铸坯；

(2)将铸坯加热至1170～1230℃，保温1～3h后，锻造为板坯，空冷至室温；

(3)将空冷后板坯加热至700～900℃，保温2～4h，在600～800℃进行第一阶段温轧，轧成一阶段温轧板，轧后空冷至室温；

(4)将步骤(3)中的一阶段温轧板加热至700～900℃，保温10～30min，在600～800℃进行第二阶段温轧，轧成两阶段温轧板，轧后空冷至室温；

(5)将步骤(4)中的两阶段温轧板加热至奥氏体‑铁素体两相区温度，即将温度控制在

600～700℃，保温30～120min，水淬至室温，制得高强度高塑性两阶段温轧中锰钢。

3.根据权利要求2所述的一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)、(4)的第一、二阶段温轧过程中，开轧温度为690～720℃，终轧温度为600～650℃。

4.根据权利要求2所述的一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的第一阶段温轧过程中铸坯经80～90％的总压下率，轧成厚度为4.0～

5.0mm的一阶段温轧板。

5.根据权利要求2所述的一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的第二阶段温轧过程中经50～75％的总压下率，轧成厚度为1.0～2.0mm的两阶段温轧板。

6.根据权利要求2所述的一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为晶粒尺寸小于1μm的超细晶组织。

说明书

一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于超高强度钢技术领域，具体涉及一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着能源消耗问题和温室气体排放问题的不断加剧，节能减排已成为世界各国所共同面对的重要问题，而汽车保有量的不断增长给节能减排工作带来了巨大的考
验，节能、环保和安全已成为汽车工业发展的三大主题。目前，汽车轻量化被认为是提高燃
油效率，实现节能减排的重要措施，而钢铁材料是汽车的主要结构材料，有着其他轻质材料
无法替代的作用，因此，为了能够在保证安全性的前提下实现节能和环保，开发先进高强钢
从而发展汽车轻量化技术势在必行。

[0003] 中锰钢作为第三代汽车用先进高强钢的代表，由于具有相对于第一代先进高强钢更高的强塑积和相对于第二代先进高强钢更低的成本而受到了越来越多的关注。目前，中
锰钢的轧制主要通过热轧和冷轧实现，但都存在一定问题。热轧中锰钢板的表面质量较差，
且尺寸控制不够精确，厚度不够均匀；冷轧中锰钢板在加工过程中需要进行一次甚至多次
退火，工艺繁琐且成本较高。上述问题制约了中锰钢的应用，因此需要进行高尺寸精度中锰
钢的研发。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢及其制备方法，通过两阶段温轧工艺的设计，避免了冷轧过程中所需的长期、多次退火工艺，同
时保证了高强塑积。

[0005] 本发明一方面提供一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.25～0.35％，Mn：5.0～7.0％，Al：0.5～1.6％，P≤0.03％，S≤
0.04％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0006] 进一步地，所述中锰钢的抗拉强度为1300～1500MPa，屈服强度为800～1000MPa，伸长率为20％～50％，强塑积为60～70GPa％。

[0007] 本发明另一方面提供一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，该方法包括如下步骤：

[0008] (1)按照一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的化学成分以质量百分比配比，采用真空冶炼技术，浇铸成铸坯；

[0009] (2)将铸坯加热至1170～1230℃，保温1～3h后，锻造为板坯，空冷至室温；

[0010] (3)将空冷后板坯加热至700～900℃，保温2～4h，在600～800℃进行第一阶段温轧，轧成一阶段温轧板，轧后空冷至室温；

[0011] (4)将步骤(3)中的一阶段温轧板加热至700～900℃，保温10～30min，在600～800℃进行第二阶段温轧，轧成两阶段温轧板，轧后空冷至室温；

[0012] (5)将步骤(4)中的两阶段温轧板加热至奥氏体‑铁素体两相区温度，即将温度控制在600～700℃，保温30～120min，水淬至室温，制得高强度高塑性两阶段温轧中锰钢。

[0013] 进一步地，所述步骤(3)、(4)的第一、二阶段温轧过程中，开轧温度为690～720℃，终轧温度为600～650℃。

[0014] 进一步地，所述步骤(3)的第一阶段温轧过程中铸坯经80～90％的总压下率，轧成厚度为4.0～5.0mm的一阶段温轧板。

[0015] 进一步地，所述步骤(4)的第二阶段温轧过程中经50～75％的总压下率，轧成厚度为1.0～2.0mm的两阶段温轧板。

[0016] 进一步地，所述步骤(5)中，制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为奥氏体和铁素体，其中，奥氏体的体积百分比为10～50％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌
存在片层状和等轴状两种状态。

[0017] 进一步地，所述步骤(5)中，制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为晶粒尺寸小于1μm的超细晶组织。

[0018] 本发明的原理是：

[0019] 本发明的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢在添加C、Mn元素的基础上，适当添加了Al元素，起到了抑制碳化物析出的作用，并有效降低了中锰钢的密度。本发明采用两阶段温
轧工艺(两相区轧制)，温轧过程中，中锰钢中奥氏体的逆相变与铁素体的动态再结晶同时
发生，因此得到了片层状+等轴状奥氏体和铁素体的复相组织。在第一阶段温轧后再次加热
并短时间保温，随后进行第二阶段温轧并退火，改变了片层状奥氏体相与等轴状奥氏体相
的分布状态，使变形过程中不同奥氏体相的受力状态不一致，促进了马氏体相变的发生，提
高了综合力学性能。

[0020] 与现有技术相比，本发明的优点是：

[0021] 1.本发明生产的抗拉强度超过1300MPa，强塑积大于60GPa％的钢板，合金化成本低，制备简单，适用范围广，满足多个行业的要求；制备过程采用两阶段温轧工艺，保证了产
品的尺寸精度和厚度均匀性，同时避免了冷轧前以及轧制过程中需要长时间退火的问题，
减少了生产周期，缩短了生产线，降低了生产成本和资源消耗；

[0022] 2.本发明通过对合金成分、加工过程中保温时间和轧制压下量以及热处理工艺的设计，控制组织中残余奥氏体的体积分数、形状以及分布状态，使其在变形过程中能够充分
地发生TRIP效应，极大地提升了材料的综合力学性能。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例1中两阶段温轧后的两阶段温轧板的SEM图；

[0024] 图2为本发明实施例1中临界区退火后的两阶段温轧中锰钢的SEM图；

[0025] 图3为本发明实施例1中临界区退火后的两阶段温轧中锰钢的XRD图；

[0026] 图4为本发明实施例1中临界区退火后的两阶段温轧中锰钢的应力‑应变曲线。

具体实施方式

[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明。

[0028] 实施例1

[0029] 一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.28％，Mn：5.90％，Al：0.90％，P：0.02％，S：0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0030] 上述高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，包括如下步骤：

[0031] (1)按照一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的化学成分以质量百分比配比，采用真空冶炼技术，浇铸成铸坯；

[0032] (2)将铸坯加热至1200℃，保温2h后，锻造为板坯，空冷至室温；

[0033] (3)将空冷后板坯加热至850℃，保温3h，进行第一阶段温轧，开轧温度为700℃，终轧温度为600℃，所述铸坯需经过6道次温轧，总压下率为87.5％，温轧成4mm的一阶段温轧
板，所述一阶段温轧板空冷至室温；

[0034] (4)将步骤(3)中的一阶段温轧板加热至750℃，保温30min，进行第二阶段温轧，开轧温度为700℃，终轧温度为600℃，所述一阶段温轧板经62.5％的总压下率，温轧成1.5mm
的两阶段温轧板，轧后空冷至室温，两阶段温轧板的微观组织如图1所示；

[0035] (5)将步骤(4)中的两阶段温轧板进行临界区退火，即将所述两阶段温轧板加热至奥氏体‑铁素体两相区温度，将温度控制在660℃，保温30min，水淬至室温，制得高强度高塑
性两阶段温轧中锰钢，两阶段温轧中锰钢的微观组织如图2所示。

[0036] 本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为奥氏体和铁素体两相组织，其中，奥氏体的体积百分比为39.10％，其XRD测试结果如图3所示；所述奥氏体和
铁素体的组织形貌存在片层状和等轴状两种状态；本发明所制备的高强度高塑性两阶段温
轧中锰钢的微观组织为晶粒尺寸小于1μm的超细晶组织。

[0037] 本发明所制备的两阶段温轧中锰钢单向拉伸后，组织中奥氏体充分发生TRIP效应相变为马氏体，其抗拉强度为1398.88MPa，伸长率为43.94％，强塑积为61.47GPa％，屈服强
度为927.79Mpa，其应力‑应变曲线如图4所示。

[0038] 实施例2

[0039] 一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.31％，Mn：6.00％，Al：1.03％，P：0.02％，S：0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0040] 上述高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，包括如下步骤：

[0041] (1)按照一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的化学成分以质量百分比配比，采用真空冶炼技术，浇铸成铸坯；

[0042] (2)将铸坯加热至1190℃，保温2.5h后，锻造为板坯，空冷至室温；

[0043] (3)将空冷后板坯加热至900℃，保温3.5h，进行第一阶段温轧，开轧温度为720℃，终轧温度为620℃，所述铸坯需经过6道次温轧，总压下率为87.2％，温轧成4.1mm的一阶段
温轧板，所述一阶段温轧板空冷至室温；

[0044] (4)将步骤(3)中的一阶段温轧板加热至740℃，保温25min，进行第二阶段温轧，开轧温度为710℃，终轧温度为620℃，所述一阶段温轧板经65.9％的总压下率，温轧成1.4mm
的两阶段温轧板，轧后空冷至室温；

[0045] (5)将步骤(4)中的两阶段温轧板进行临界区退火，即将所述两阶段温轧板加热至奥氏体‑铁素体两相区温度，将温度控制在669℃，保温30min，水淬至室温，制得高强度高塑
性两阶段温轧中锰钢。

[0046] 本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为奥氏体和铁素体两相组织，其中，奥氏体的体积百分比为40.03％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌存在片
层状和等轴状两种状态。本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为晶
粒尺寸小于1μm的超细晶组织。

[0047] 本发明所制备的两阶段温轧中锰钢单向拉伸后，组织中奥氏体充分发生TRIP效应相变为马氏体，其抗拉强度为1446.65MPa，伸长率为41.66％，强塑积为60.27GPa％，屈服强
度为865.16MPa。

[0048] 实施例3

[0049] 一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.26％，Mn：6.12％，Al：1.59％，P：0.03％，S：0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0050] 上述高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，包括如下步骤：

[0051] (1)按照一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的化学成分以质量百分比配比，采用真空冶炼技术，浇铸成铸坯；

[0052] (2)将铸坯加热至1230℃，保温3h后，锻造为板坯，空冷至室温；

[0053] (3)将空冷后板坯加热至860℃，保温4h，进行第一阶段温轧，开轧温度为700℃，终轧温度为610℃，所述铸坯需经过6道次温轧，总压下率为84.4％，温轧成5mm的一阶段温轧
板，所述一阶段温轧板空冷至室温；

[0054] (4)将步骤(3)中的一阶段温轧板加热至720℃，保温20min，进行第二阶段温轧，开轧温度为695℃，终轧温度为600℃，所述一阶段温轧板经70％的总压下率，温轧成1.5mm的
两阶段温轧板，轧后空冷至室温；

[0055] (5)将步骤(4)中的两阶段温轧板进行临界区退火，即将所述两阶段温轧板加热至奥氏体‑铁素体两相区温度，将温度控制在653℃，保温60min，水淬至室温，制得高强度高塑
性两阶段温轧中锰钢。

[0056] 本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为奥氏体和铁素体两相组织，其中，奥氏体的体积百分比为42.83％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌存在片
层状和等轴状两种状态。本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为晶
粒尺寸小于1μm的超细晶组织。

[0057] 本发明所制备的两阶段温轧中锰钢单向拉伸后，组织中奥氏体充分发生TRIP效应相变为马氏体，其抗拉强度为1319.28MPa，伸长率为48.45％，强塑积为63.92GPa％，屈服强
度为817.99MPa。

[0058] 实施例4

[0059] 一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.30％，Mn：5.90％，Al：0.95％，P：0.01％，S：0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0060] 上述高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的制备方法，包括如下步骤：

[0061] (1)按照一种高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的化学成分以质量百分比配比，采用真空冶炼技术，浇铸成铸坯；

[0062] (2)将铸坯加热至1220℃，保温2h后，锻造为板坯，空冷至室温；

[0063] (3)将空冷后板坯加热至880℃，保温3h，进行第一阶段温轧，开轧温度为695℃，终轧温度为600℃，所述铸坯需经过6道次温轧，总压下率为85.9％，温轧成4.5mm的一阶段温
轧板，所述一阶段温轧板空冷至室温；

[0064] (4)将步骤(3)中的一阶段温轧板加热至725℃，保温15min，进行第二阶段温轧，开轧温度为695℃，终轧温度为600℃，所述一阶段温轧板经66.7％的总压下率，温轧成1.5mm
的两阶段温轧板，轧后空冷至室温；

[0065] (5)将步骤(4)中的两阶段温轧板进行临界区退火，即将所述两阶段温轧板加热至奥氏体‑铁素体两相区温度，将温度控制在660℃，保温120min，水淬至室温，制得高强度高
塑性两阶段温轧中锰钢。

[0066] 本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为奥氏体和铁素体两相组织，其中，奥氏体的体积百分比为42.26％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌存在片
层状和等轴状两种状态。本发明所制备的高强度高塑性两阶段温轧中锰钢的微观组织为晶
粒尺寸小于1μm的超细晶组织。

[0067] 本发明所制备的两阶段温轧中锰钢单向拉伸后，组织中奥氏体充分发生TRIP效应相变为马氏体，其抗拉强度为1424.8MPa，伸长率为44.51％，强塑积为63.42GPa％，屈服强
度为824.90MPa。

[0068] 以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及
修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。