[发明专利]一种具有梯度组织的Q&P钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有梯度组织的Q&P钢及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

为了满足汽车工业未来发展对轻量化和高安全的双重要求，汽车钢不断向高强度和高塑性方向发展，强塑积成为衡量汽车钢性能的重要指标。第一代汽车薄板钢的强塑积一般为15GPa%，轻量化和安全性指标都很低；第二代汽车钢的强塑积虽然达到了50GPa%，其成本较高、工艺性能较差及冶金生产困难较大。所谓第三代汽车钢，是指轻量化和安全性指标高于第一代汽车钢、生产成本又低于第二代汽车钢的高强高塑钢。

Q&P钢是近几年发展起来的具有较高强度和韧性的第三代汽车用钢。其基本原理是：含Si或（和）Al的钢件先经奥氏体化后淬火至Ms~Mf（Ms为马氏体转变开始温度，Mf为马氏体转变结束温度）之间的某一温度，即形成一定数量的马氏体和残余奥氏体，再在该初始淬火温度或者Ms以上某一温度停留一段时间，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高，从而使残余奥氏体富碳且能够稳定至室温，最后获得由马氏体和残余奥氏体组成的复合组织，从而获得较高的强度和韧性，即良好的综合力学性能。

近年来，徐祖耀院士在Q&P工艺的基础上，充分利用Nb、V和Ti等微合金元素形成碳化物的析出强化作用，提出了一种新型的热处理工艺：淬火-配分-回火工艺（Quenching-Partitioning-Tempering，Q-P-T）。该工艺在Q&P处理后引入一个回火过程，使马氏体基体上析出复杂碳化物，以进一步增加钢的强度。

然而，随着汽车工业的发展，对先进高强钢的强度和韧性提出了越来越高的要求。所得到的Q&P钢虽然强度较高，但其塑性较差。另外，由于其强度较高，大大削弱了其焊接性能。因此，从提高钢的强韧性和焊接性，以及节约资源、降低成本的角度考虑，进一步提高Q&P钢的综合性能具有重要意义。

经对现有技术的文献检索发现，徐祖耀院士在International Heat Treatment and Surface Engineering, 2008, 2 (2), 64-68.上发表“Quenching-partitioning-tempering (Q-P-T)process for ultra-high strength steel”一文，阐述了淬火-碳分配-回火 (Q-P-T)工艺的原理，利用的是碳化物析出强化来提高钢的强度，最后获得了马氏体、残余奥氏体和碳化物的复相组织。检索中还发现，申请号为200810033295.7的中国专利，该专利获得了马氏体、残余奥氏体和纳米贝氏体的三相组织，利用低温长时间处理得到的纳米贝氏体来进一步提高钢的综合力学性能。最近，J. G. Speer等在Metallurgical and Materials Transactions A, 2011,42(12), 3652-3659.上发表“Quenched and Partitioned Microstructures Produced via Gleeble Simulations of Hot-Strip Mill Cooling Practices”一文，指出通过在高温热轧来提高Q&P钢的强韧性是有效的，但没有考虑钢件的宏观组织分布，没有形成梯度显微组织。

检索中还发现，申请号为201110154249.4的中国专利，公开了一种碳硅锰系热轧Q&P钢及其制备方法。材料成分为C:1.5-2.5%,Si:1.3-1.8%,Mn:1.3-2.0%,S≤0.01%,P≤0.01%,余量为Fe。经过冶炼、锻造成钢坯、热轧最终获得了马氏体、残余奥氏体的显微组织。申请号为201310121568.4的中国专利，公开了一种700MPa级高强度热轧Q&P钢及其制造方法，该发明通过合理的成分设计，在普通C-Mn钢成分基础上，通过提高Si含量抑制渗碳体的析出，微Ti处理细化奥氏体晶粒，提高Al含量加快空冷过程的奥氏体转变动力学；同时采用热连轧工艺配合分段冷却工艺，获得含有先共析铁素体+马氏体+残余奥氏体组织。

发明内容

本发明旨在提供一种心部塑性好、表面硬度高的渗碳Q&P钢及其制备方法，且该钢具有梯度显微组织。

本发明提供了一种具有梯度组织的Q&P钢，由以下重量百分比的组分组成：

C：0.14-0.29%，

Si：1.1-2.8%，

Mn：1.8-3.0%，

Cr：0.5-1.9%，