[发明专利]一种热轧铌微合金化多相钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热轧低合金钢及其制备方法，特别涉及高强高塑的热轧铌微合金化多相钢。

背景技术

TRIP钢(transformation induced plasticity，相变诱发塑性钢)是一种兼具高强度、高延伸率的新型汽车用钢，其强度和塑性与传统汽车用钢及双相钢相比，优势十分明显。TRIP钢是一种多相钢，其显微组织主要由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成。TRIP钢制备工艺中关键步骤之一是获得铁素体(体积分数为40％-60％)和奥氏体的混合组织。在现有的冷轧和热轧TRIP钢生产工艺中，冷轧工艺通过冷轧后的临界区退火得到铁素体和奥氏体的混合组织。这方面的研究较多，工艺也比较成熟，并已在工业领域实际应用。但该工艺繁琐，总体能耗较高。而热轧工艺一般都是终轧后控制随后的冷却过程，从而得到一定体积分数的铁素体和奥氏体的混合组织，虽然可以简化工艺，但必须严格控制冷却速度或冷却过程才能控制铁素体的含量，工艺稳定性较差，对设备的要求也较高。

另一方面，常规TRIP钢的成分主要为0.12-0.55％C，0.2-2.5％Mn，0.4-1.8％Si(质量分数)，其中Si是一种固溶强化元素，不溶于渗碳体，能强烈阻碍渗碳体的析出和提高铁素体的强度。但是当钢中硅含量较高，热轧时钢材表面很容易形成一层氧化层，这些氧化层即使通过除磷处理，也很难将其彻底除去。在随后的轧制过程中，这些氧化层发生破裂，部分进入钢材的表面，导致钢材表面质量的降低。经冷轧和连续退火后，这些氧化层显著降低材料的涂覆性，必须经过电镀工艺才能进行最后的镀锌处理。这些问题限制了高硅TRIP钢的实际应用。

针对上述问题，发明人在专利“一种热轧低硅多相钢及其制备方法”(专利号ZL200710100399.0)中提出了一种在普通Si-Mn系TRIP钢中加入适量Al以替代部分Si的低硅Al-Si-Mn系TRIP钢，以及基于过冷奥氏体动态相变的制备方法。该方法工艺简单，工艺稳定性好，易于在工业生产中实现。由此制备的热轧低硅TRIP钢表现出优异的力学性能：屈服强度为460MPa，抗拉强度为780MPa，延伸率为32％(尹云洋，杨王玥，李龙飞，孙祖庆，王西涛.基于动态相变的热轧TRIP钢组织及性能研究.金属学报，2008，44(11)，1299-1304)。强塑积(抗拉强度与延伸率的乘积，Pa*％)是新一代汽车用高强钢的重要性能指标，强塑积的提高可以满足汽车制造行业对实现车体轻量化的同时提高汽车安全性的需求。从上面给出的性能来看，利用上述专利制备的热轧低硅TRIP钢的强塑积为24960MPa*％，已经处于现有技术的前列。

目前，为了进一步满足汽车制造行业对于车体轻量化和汽车安全性的需求，中、美等国的有关研究机构已提出下一代汽车用钢的强塑积要达到30000Pa*％以上。由于与常规的Si-Mn系TRIP钢相比，上述技术的Al-Si-Mn钢中使用质量分数约为1％的Al元素替代了约为1％的Si元素，而Al的固溶强化作用较弱，不利于获得具有更高抗拉强度的TRIP钢。研究表明，通过调整制备工艺可以使该技术的Al-Si-Mn钢的抗拉强度超过800MPa(如820MPa)，但是，材料的延伸率随之降低，低于30％(如26％)。或者说，随着Al-Si-Mn钢抗拉强度的提高，材料的强塑积反而下降(如21320MPa*％)。显然通过上述专利技术不能实现“强塑积要达到30000Pa*％以上”的目标，需要开发出具有更好的强度与塑性配合的热轧TRIP钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种热轧铌微合金化多相钢，通过在低硅Al-Si-Mn系TRIP钢的基础上添加微合金化元素铌(低硅Al-Si-Mn-Nb钢)，并通过奥氏体再结晶区变形、奥氏体未再结晶区变形、过冷奥氏体区变形及贝氏体区等温处理，获得显微组织为一定配比的铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体的热轧多相钢。制备过程工艺流程简捷，而且所得热轧多相钢具有良好的强度与塑性配合。

本发明的热轧铌微合金化多相钢的化学组成以质量百分数计为：C：0.18～0.25％；Si：0.3～0.5％；Mn：1.2～2.0％；Al：0.8～1.2％；Nb：0.02～0.08％；P：≤0.02％；S：＜0.0045％；O：＜0.003％；N：＜0.0045％；其余为Fe；其显微组织组成，以体积分数计，铁素体为40％～60％，贝氏体为25％～40％，残余奥氏体为6％～15％，其余为马氏体；其屈服强度高于500MPa，抗拉强度高于800Mpa，延伸率高于30％。