[发明专利]一种无硅铝超细贝氏体钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无硅铝超细贝氏体钢及其制备方法。所述无硅铝超细贝氏体钢包括由纳米尺度的贫锰的贝氏体铁素板条和富锰的残余奥氏体片层相互堆叠形成的微观结构，其合金成分包括：C：0.1～1.0wt.％，Mn：2.0～8.0wt.％和Fe，且不含有Al元素和Si元素。在以上合金成分的基础下，所述制备方法包括珠光体化‑快速奥氏体化‑贝氏体化的过程。本发明突破了超细贝氏体钢中需要加入Si和/或Al元素以抑制碳化物析出的传统思路，创新性地在无硅、无铝的合金体系中，获得了超细贝氏体钢，所得产品焊接性能和镀锌能力优异，有助于在汽车领域的大规模应用推广。

技术领域

本发明涉及钢材料的技术领域，具体涉及贝氏体钢材料的技术领域。

背景技术

汽车轻量化和安全性的需求，推动了以超细贝氏体钢为代表的第3代先进高强钢的发展。超细贝氏体钢由Bhadeshia与Caballero等人率先开发出来，他们采用高碳(C≥0.8wt.％)高硅(Si≥1.5wt.％)的成分设计，在较低的温度下使钢材进行贝氏体转变，并通过添加硅元素抑制碳化物的析出，成功制备出具有纳米级的贝氏体铁素体板条和残留奥氏体片层相互堆叠的组织。超细贝氏体钢具有优异的力学性能，其强度高达2000MPa，韧性超过30MPa.m^1/2。

在超细贝氏体钢的制备中，为了防止贝氏体形成时碳化物析出，从而难以获得残余奥氏体的情况出现，超细贝氏体钢的成分中，需要添加Si元素，如专利文献CN105695858A、CN103451549A和CN106521350A等公开的技术方案所示。Si元素的加入可以促使碳元素从贝氏体铁素体向奥氏体扩散，从而得到可在室温下保留下来的足够稳定的奥氏体。但Si元素与氧元素容易生成低熔点的硅酸盐，一方面会增加熔渣和融化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊接质量；另一方面会危害钢材表面的浸润性，增加铁锌化合层厚度，导致镀锌层质量下降，严重制约了超细贝氏体钢在汽车领域的应用。

为解决上述问题，部分现有技术对合金成分进行了改进，如使用铝(Al)元素替代部分Si元素，如专利文献CN103898299B，CN101693981B和CN112981277A等公开的技术方案所示。然而，Al元素的添加会降低钢液流动性、增加冶炼难度、造成铸造过程中喷嘴塞积等问题，危害铸件的表面质量，同时还会造成产品淬透性下降，为产品带来新的问题。

因此，如何在不添加硅和铝元素的情况下获得超细贝氏体钢，是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种不含硅元素和铝元素的超细贝氏体钢及其制备方法，该制备方法突破了现有的制备贝氏体钢中必须加入Si和/或Al元素以抑制碳化物析出的技术思路，可获得具有良好焊接性能与镀锌能力的超细贝氏体钢。

本发明首先公开了如下的技术方案：

一种无硅铝超细贝氏体钢，其包括由纳米尺度的贫锰的贝氏体铁素板条和富锰的残余奥氏体片层相互堆叠形成的结构，并包括以下合金成分：C：0.1～1.0wt.％，Mn：2.0～8.0wt.％和Fe，且其不含有Al元素和Si元素。

以上方案中，所述贫锰是指锰元素含量低于钢材整体平均锰元素含量的状态，富锰是指锰元素含量高于钢材整体平均锰元素含量的状态。

根据本发明的一些优选实施方式，所述无硅铝超细贝氏体钢还包括以下成分中的一种或多种：Cr：0～1.5wt.％，Ni：0～3wt.％，V：0～0.5wt.％，Mo：0～0.5wt.％，Nb：0～0.5wt.％。

本发明进一步提供了一种无硅铝超细贝氏体钢的制备方法，其包括：

(1)将熔炼后的原料合金加热至奥氏体单相区并保温，然后冷却至珠光体转变温度区间并保温，进行珠光体化处理；

(2)将完成所述珠光体化处理的钢材以≥5℃/s的速率快速加热至奥氏体单相区并保温，进行快速奥氏体化处理；