CN119162425B - 提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法 - Google Patents

提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法

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Abstract

本发明公开了一种提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，属于热轧高强钢技术领域。方法为：采用电炉或转炉冶炼、精炼、连铸或铸造获得钢坯或钢锭；将板坯再加热后进行粗轧和精轧两阶段轧制；进行层流冷却；卷取工序将钢卷卷取后堆垛缓冷，得到残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢。所述残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的显微组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体，其中残余奥氏体体积分数4％～8％。上述残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的屈服强度为1100～1200MPa，抗拉强度为1200～1300MPa，延伸率≥14％，且拉伸试样断口不分层。本发明可有效解决现有技术无法通过常规热轧生产流程实现或无法满足热轧高强钢的性能需求的问题。

Description

提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法
技术领域
本发明属于热轧高强钢技术领域，涉及热连轧高强度钢的生产方法，具体涉及一种提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法。
背景技术
马氏体组织中含有高密度的位错或孪晶组织，可显著提升钢的强度，然而马氏体钢韧性略有不足，限制了马氏体组织在热轧高强钢中的应用领域。一般马氏体钢需要进行回火热处理，促进马氏体中的部分碳元素回溶，以软化马氏体组织，提高马氏体钢的韧塑性。近年来，随着冷轧TRIP钢、增塑型双相钢的技术发展，为热轧高强钢的开发提供了新的思路，即在热轧马氏体钢中引入部分残余奥氏体组织，以改善钢的韧塑性。然而，如何通过常规热轧生产流程提高残余奥氏体的稳定性，成为亟需解决的问题。
经检索，CN114908245B公开了一种高疲劳耐久和尺寸稳定轴承残余奥氏体成形制造调控方法，其包括如下步骤：S1、通过冷轧成形工艺对残余奥氏体组织进行预调控；S2、通过分级淬火工艺对残余奥氏体组织进行多次分割；S3、通过冷处理工艺对残余奥氏体组织的残奥含量进行控制；S4、通过低温回火工艺增加残余奥氏体组织的残奥碳含量，提高残余奥氏体组织的残奥稳定性。该发明还提供一种采用上述方法获得的轴承。
CN112063931B公开了一种低碳中锰高残奥高强韧钢及其热处理方法。该钢种化学成分的质量百分含量配比为：C：0.10-0.25％，Mn：4.0-8.0％，Al：1.0-2.5％，余量为Fe和其他不可避免杂质。该方法通过对钢材的冶炼、连铸、热轧等工序后，对热轧钢板进行如下热处理：低温回火(300-500℃,1h)-冷轧(压下量＞70％)-快速加热(10-50℃/s)-两相区极短时间等温(740℃-800℃，0.5-2s)-快速冷却(＞20℃/s)。最终得到的高强钢残余奥氏体平均晶粒尺寸低于200nm，体积分数可达15％-40％，基体为等轴再结晶铁素体+条状未再结晶铁素体的异质结构；屈服强度在800MPa-1200MPa的范围内，抗拉强度在1200MPa-1500MPa的范围内，均匀延伸率可实现10％-20％。
CN114107794B公开了一种980MPa级超低碳马氏体加残奥型超高扩孔钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C 0.03％～0.06％，Si 0.8％～2.0％，Mn 1.0％～2.0％，P≤0.02％，S≤0.003％，Al 0.02～0.08％，N≤0.004％，Mo 0.1％～0.5％，Ti 0.01％～0.05％，O≤0.0030％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质。本发明所述高扩孔钢的热轧工艺为：1)铸坯再加热。加热温度1100-1200℃，保温时间1～2小时；2)热轧。开轧温度950～1100℃，在950℃以上3-5道次大压下且累计变形量≥50％；随后中间坯待温至920-950℃，然后进行最后3-5个道次轧制且累计变形量≥70％；终轧温度800-920℃；3)冷却。轧后先进行0-10s的空冷，再以≥50℃/s的冷速将带钢水冷至马氏体相变开始点Ms以下卷取，卷取后冷却至室温；4)酸洗。带钢酸洗运行速度在30～100m/min的区间内调整，酸洗温度控制在75～85℃之间，拉矫率控制在≤2％，然后漂洗、带钢表面烘干，涂油。最终获得的高扩孔钢的屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率(横向A50≥10％)、冷弯性能(d≤4a，180°)，扩孔率≥80％。
由上可知，现有技术中为获得稳定的残余奥氏体，多采用热处理的方式，其中CN114908245B专利采用多级淬火加低温回火工艺，CN112063931B采用两相区退火的工艺。而CN114107794B虽然通过热轧钢生产工艺制备残奥型钢，但其制得的高扩孔钢强度低，无法满足高强钢的强度要求或应用需求。因此，亟需研究一种新的通过常规热轧生产流程提高热轧高强钢中残奥稳定性的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有获得稳定的残余奥氏体的方法无法通过常规热轧生产流程实现或无法满足热轧高强钢的性能需求的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，包括如下步骤：
S1采用电炉或转炉冶炼、精炼、连铸或铸造获得目标成分设计范围的钢坯或钢锭；
S2将板坯再加热后进行粗轧和精轧两阶段轧制，粗轧阶段变形温度高于目标成分钢的奥氏体再结晶临界温度，精轧阶段变形温度低于目标成分钢的奥氏体再结晶临界温度，精轧终轧温度高于铁素体相变起始温度；
S3进行层流冷却，终冷温度控制在目标成分钢的马氏体相变起始温度以下20℃范围内；
S4卷取工序将钢卷卷取后堆垛缓冷，得到残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢。
上述步骤S1中，热轧马氏体钢的化学组成按重量百分比计包括：C 0.18％～0.25％、Si1.40％～1.80％、Mn 1.80％～2.20％、Cr 0.50％～0.70％、B 0.0010％～0.0040％、N 0～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
上述步骤S2中，板坯再加热的加热温度为1160℃～1180℃，保温时间为3h～4h。
上述步骤S2中，粗轧开轧温度1050℃～1150℃，终轧温度1000℃～1050℃，变形量≥60％。
上述步骤S2中，精轧开轧温度950℃～1050℃，终轧温度860℃～920℃，变形量≥70％。
上述步骤S3中，层流冷却的冷却速率为5～15℃/s。
上述步骤S3中，层流冷却的终冷温度为380℃～400℃。
上述步骤S4中，在300℃～350℃温度范围内将钢卷堆垛缓冷5h～10h，300℃以下时自然空冷。
第二方面，本发明提供一种由上述提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法制得的残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢。
上述残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的显微组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体，其中残余奥氏体体积分数4％～8％。
上述残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的屈服强度为1100MPa～1200MPa，抗拉强度为1200MPa～1300MPa，延伸率≥14％，且拉伸试样断口不分层。
本发明的有益效果是：本发明提供了通过热连轧-层流冷却获得残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的生产方法，通过优化常规热轧高强钢的生产工艺流程实现了提高热轧高强钢中残奥稳定性，相比于采用冷轧-连退的工艺方法，具有生产成本低，操作方法简单的优点；本发明提供的热轧马氏体钢合金成本低，仅添加了Si、Cr、B等价格低廉的微合金元素；本发明提供的钢在具有较高强度的同时具有良好的塑性，且拉伸试样断口不分层，说明该钢材在成形冲裁时不易出现分层缺陷，本发明的残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢性能优异，可以满足热轧高强钢的应用需求。
附图说明
图1为实施例1钢的显微组织(F+M)；
图2为实施例1钢的EBSD结果；
图3为对比例1钢的显微组织；
图4为对比例1钢的EBSD结果。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
本发明所述热轧马氏体钢同时具有较高强度(1100MPa～1200MPa)和延伸率(≥14％)，且拉伸试样断口不分层。这是由于残余奥氏体属于软相组织，在变形过程中可吸收能量发生形变诱导相变，从而提高塑性。同时，由于马氏体钢在塑性变形过程中的主要方式是位错沿着滑移面的滑移，随着变形度的增加，位错密度增加，增加了钢的高强度和硬度，同时大角度晶界和C原子在刃型位错上偏析形成的“Cottrell气团”阻碍位错的运动，使得马氏体钢在拉伸过程中能够抵抗变形，抑制拉伸分层的形成。
其次对本发明所述钢的合金元素含量限制原因进行说明。
C、Mn是钢中重要的奥氏体稳定元素，采用较高的C、Mn含量还可以提高钢的淬透性，促进马氏体相变过程。但是C、Mn元素不宜过高，否则易引起铸坯偏析，影响材料的成形性能。本发明将C、Mn含量分别限定为0.18％～0.25％、1.80％～2.20％。
Si元素可提高C的活度，促进C元素向奥氏体中富集，从而提高奥氏体稳定性。本发明将Si含量限定为1.40％～1.80％。
Cr、B是重要的淬透性元素，可促进马氏体相变过程。因此，本发明要求添加0.50～0.70％的Cr和0.0010％～0.0040％的B。同时，B元素易与N元素结合成BN夹杂物，并偏析分布于晶界，极大的影响材料的塑性，因此本发明要求将N含量限定在0.0030％以下。
再结合本发明所述热轧马氏体中提高残余奥氏体稳定性的要求，对生产工艺限制原因进行说明。
高Si含量的钢在板坯加热时易产生FeSi2O4，该相熔点较低～1180℃，为避开该相的熔化区间，避免表面氧化铁皮和钢基粘结后续难以去除，本发明要求板坯加热温度低于该相的熔点，以免该相熔化，具体要求控制在1160℃～1180℃。
轧制工序采用粗轧和精轧两阶段轧制，其中粗轧过程发生奥氏体再结晶，要求采用较大的压下量、较高的变形温度(高于奥氏体再结晶临界温度)，以促进奥氏体再结晶。因此，本发明将粗轧开轧温度限定为1050℃～1150℃，粗轧终轧温度限定为1000℃～1050℃，变形量限定为60％以上。精轧过程处于奥氏体非再结晶区，发生奥氏体的扁平化和细化，为后续相变提供更多的形核质点，促进晶粒细化。因此本发明要求采用较低的精轧温度、较大的精轧变形量，其中精轧开轧温度限定为950℃～1050℃，精轧变形量限定为≥70％。
层流冷却工序发生相变。首先是开冷温度，也即精轧终轧温度，要求高于铁素体开始转变温度Ae3，本发明所述化学组分的钢相变温度Ae3处于825℃～845℃范围，因此本发明要求将开冷温度，也即精轧终轧温度控制在860℃～920℃范围。其次是冷却速率。冷却速率必须高于马氏体临界转变速率，本发明所述化学组分的钢临界转变速率～5℃，因此本发明要求冷却速率高于5℃/s。同时，冷却速率不宜过高，否则会降低残余奥氏体稳定性，因此本发明要求冷却速率低于15℃/s。最后是终冷温度。要求低于马氏体开始转变温度Ms，本发明所述化学组分的钢Ms点温度～400℃，同时终冷温度不宜过低，宜控制在Ms点温度以下20℃范围内，是为了在发生马氏体相变的过程中形成部分残余奥氏体。因此，本发明要求终冷温度控制在380℃～400℃范围。
卷取工序要求在300℃～350℃温度范围内将钢卷堆垛缓冷5h～10h，主要是为了通过中低温的等温回火促进马氏体中的碳元素向残余奥氏体中配分，以提高残余奥氏体稳定性。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本发明实施例工艺流程为：采用转炉或电炉冶炼获得表1所述的目标成分设计范围的钢坯或钢锭→真空精炼→连铸→钢坯(锭)加热→粗轧+精轧→层流冷却→卷取→成品钢；其中，实施例1～2和对比例1在卷取后堆垛缓冷，对比例2卷取后直接冷却。实施例和对比例的具体生产工艺参数如表2所示。
表1化学组分(按质量百分比计，％)
表2生产工艺参数
以实施例1和对比例1为例，检测其制得的成品热轧钢的显微组织，如图1～4所示。附图1为本发明实施例1钢板中的显微组织，可以看出显微组织主要由铁素体、马氏体构成；附图2为实施例1钢的EBSD检测结果，可以看出实施例1钢中含6.8％残余奥氏体。附图3为本发明对比例1钢的显微组织，可以看出显微组织主要由马氏体构成；附图4为对比例1钢的EBSD检测结果，可以看出对比例1钢中不含残余奥氏体。
对实施例1～2和对比例1～2制得的成品热轧钢进行检测，力学性能检测结果如表3所示。
表3力学性能
性能指标 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 拉伸断口形貌
实施例1 1123 1211 15.5％ 无分层
实施例2 1176 1255 15.0％ 无分层
对比例1 1189 1268 11.5％ 无分层
对比例2 1153 1237 11.0％ 无分层
从表3可知，采用本发明所提供的成分和工艺制备的钢屈服强度在1100MPa～1200MPa范围，抗拉强度强度在1200MPa～1300MPa范围，延伸率≥14％，拉伸无分层。对比例1、对比例2钢的屈服强度和抗拉强度满足要求，但延伸率偏低，主要是由于对比例1钢层流冷却速率过高，导致钢中无法形成稳定的残余奥氏体；对比例2钢中Si含量偏低，C向奥氏体中富集的程度偏低，导致奥氏体的稳定性降低，同时，对比例2钢卷卷取后未堆垛缓冷，钢卷保温的温度偏低(153℃)，C无法通过扩散在马氏体和奥氏体之间进行配分，因此对比例2钢中也未形成残余奥氏体。

Claims (7)

1.提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1 采用电炉或转炉冶炼、精炼、连铸或铸造获得目标成分设计范围的钢坯或钢锭；
热轧马氏体钢的化学组成按重量百分比计包括：C 0.18%~0.25%、Si 1.40%~1.80%、Mn1.80%~2.20%、Cr 0.50%~0.70%、B 0.0010%~0.0040%、N 0~0.0030%，其余为Fe及不可避免的杂质元素；
S2 将板坯再加热后进行粗轧和精轧两阶段轧制，粗轧阶段变形温度高于目标成分钢的奥氏体再结晶临界温度，初轧变形量≥60%；精轧阶段变形温度低于目标成分钢的奥氏体再结晶临界温度，精轧终轧温度高于铁素体相变起始温度，精轧变形量≥70%；
S3 进行层流冷却，冷却速率为5~15℃/s，终冷温度为380℃~400℃；
S4 卷取工序将钢卷卷取后堆垛缓冷，得到残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢。
2.根据权利要求1所述的提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于：步骤S2中，板坯再加热的加热温度为1160℃~1180℃，保温时间为3h~4h。
3.根据权利要求1所述的提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于：步骤S2中，粗轧开轧温度1050℃~1150℃，终轧温度1000℃~1050℃。
4.根据权利要求1所述的提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于：步骤S2中，精轧开轧温度950℃~1050℃，终轧温度860℃~920℃。
5.根据权利要求1所述的提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于：步骤S4中，在300℃~350℃温度范围内将钢卷堆垛缓冷5h~10h，300℃以下时自然空冷。
6.根据权利要求1所述的提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于：步骤S4中，所述残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的显微组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体，其中残余奥氏体体积分数4%~8%。
7.根据权利要求6所述的提高热轧马氏体钢中残余奥氏体稳定性的方法，其特征在于：所述残余奥氏体增塑型热轧马氏体钢的屈服强度为1100MPa~1200MPa，抗拉强度为1200MPa~1300MPa，延伸率≥14%，且拉伸试样断口不分层。
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