一種低碳合金鋼的處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)一種低碳合金鋼的處理方法，包括以下步驟：a)鑄造低碳合金鋼坯，將所述低碳合金鋼坯鍛造為板坯；b)將所述板坯進(jìn)行熱軋，得到終軋板；c)將所述終軋板升溫至雙相區(qū)溫度后立即變形，保溫處理后水淬至室溫。本發(fā)明專利技術(shù)提供的方法結(jié)合低碳合金鋼雙相區(qū)保溫合金元素配分行為、雙相區(qū)熱變形產(chǎn)生空位和間隙原子等實(shí)現(xiàn)促進(jìn)合金元素配分的效果，不僅發(fā)揮了鋼中固有合金元素的作用，而且在充分發(fā)揮原有C配分的基礎(chǔ)上，提高合金元素在奧氏體(室溫馬氏體)中的聚集程度，為后續(xù)的Q&P處理工藝中穩(wěn)定更多殘余奧氏體，彌補(bǔ)低碳帶來(lái)的強(qiáng)塑積降低提供有利支撐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明專利技術(shù)可使合金元素的富集程度提高2％～5％。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于金屬加工
，尤其涉及一種低碳合金鋼的處理方法。
技術(shù)介紹
Q&P處理鋼多為C-Si-Mn系鋼，碳含量一般在0.2～0.6(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)，較高的碳含量不僅提高強(qiáng)度，還可以增強(qiáng)配分效果，起到提高強(qiáng)塑積的作用，但C含量過(guò)高也會(huì)加大鋼的淬透性，在焊接時(shí)增大熱影響區(qū)而導(dǎo)致焊接開(kāi)裂，降低焊接性能，增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。因此，作為汽車用鋼的碳含量一般不超過(guò)0.2％；但碳含量又不能過(guò)低，否則將使碳配分效果受到一定限制，一方面使淬火后殘余奧氏體量減少，不利于塑性提高；另一方面使板條馬氏體中碳含量減少，降低板條馬氏體強(qiáng)度。為了解決這一矛盾，研究發(fā)現(xiàn)了合金元素Mn配分也是調(diào)控殘余奧氏體量的一種有效手段，在臨界區(qū)進(jìn)行退火時(shí)，錳元素向奧氏體的擴(kuò)散對(duì)提高奧氏體的穩(wěn)定性起到了一定的作用，SeawoongLee等的研究結(jié)果也表明，錳元素可以在雙相區(qū)退火時(shí)向奧氏體中短程富集，提高奧氏體的穩(wěn)定性。因此，可以利用Mn元素在雙相區(qū)中向奧氏體內(nèi)富集的行為，并對(duì)低碳鋼進(jìn)行Q&P工藝處理，達(dá)到穩(wěn)定更多殘留奧氏體的效果，但錳為置換型元素，它在奧氏體內(nèi)遷移的速率很慢且擴(kuò)散能力有限，最終穩(wěn)定下來(lái)的奧氏體量也是很少的。H.P.Liu等人在Q&P工藝基礎(chǔ)上，采用新型的熱沖壓和淬火-配分工藝，引入奧氏體熱壓變形獲得細(xì)晶奧氏體，淬火配分后可以得到破碎細(xì)化的不規(guī)則的馬氏體、分散的馬氏體板和薄膜狀、高密度位錯(cuò)密度的相變強(qiáng)化的殘余奧氏體，通過(guò)馬氏體中的高密度位錯(cuò)以提高馬氏體的強(qiáng)度，從而提高鋼材的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，達(dá)到強(qiáng)塑積最佳組合。通過(guò)熱變形工藝不僅細(xì)化了晶粒，而且增加了位錯(cuò)和空位濃度，提供了元素?cái)U(kuò)散通道，為穩(wěn)定更多殘余奧氏體量提供了可能。但是，該方法獲得的鋼材的強(qiáng)塑積需要進(jìn)一步提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種低碳合金鋼的處理方法，本專利技術(shù)提供的方法處理后的低碳合金鋼能夠促進(jìn)合金元素配分，從而進(jìn)一步提高其強(qiáng)塑積。本專利技術(shù)一種低碳合金鋼的處理方法，包括以下步驟：a)鑄造低碳合金鋼坯，將所述低碳合金鋼坯鍛造為板坯；b)將所述板坯進(jìn)行熱軋，得到終軋板；c)將所述終軋板升溫至雙相區(qū)溫度后立即變形，保溫處理后水淬至室溫。本專利技術(shù)提供的方法結(jié)合低碳合金鋼雙相區(qū)保溫合金元素配分行為、雙相區(qū)熱變形產(chǎn)生空位和間隙原子等實(shí)現(xiàn)促進(jìn)合金元素配分的效果，不僅發(fā)揮了鋼中固有合金元素的作用，而且在充分發(fā)揮原有C配分的基礎(chǔ)上，提高合金元素在奧氏體(室溫馬氏體)中的聚集程度，為后續(xù)的Q&P處理工藝中穩(wěn)定更多殘余奧氏體，彌補(bǔ)低碳帶來(lái)的強(qiáng)塑積降低提供有利支撐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本專利技術(shù)所述利用雙相區(qū)變形促進(jìn)合金元素配分的方法，可使合金元素的富集程度提高2％～5％。本專利技術(shù)首先鑄造低碳合金鋼鋼坯，然后將其鍛造為板坯。具體而言，所述低碳合金鋼可以為低碳硅錳鋼。在一個(gè)實(shí)施例中，低碳合金鋼的組成為：0.18wt％的C；1.58wt％的Si；2.06wt％的Mn；0.41wt％的Cu；0.33wt％的Ni；0.008wt％的P；0.005wt％的S；0.0017wt％的B；余量的Fe。在另一個(gè)實(shí)施例中，低碳合金鋼的組成為：0.19wt％的C；1.5wt％的Si；1.3wt％的Mn；0.010wt％的P；0.017wt％的Al；0.009wt％的S；0.0003wt％的B；余量的Fe。本專利技術(shù)可以在ZG-50真空感應(yīng)熔煉爐中冶煉鋼坯，然后將其鍛造為板坯。鍛造為板坯后，將其進(jìn)行熱軋?zhí)幚恚玫浇K軋板。具體而言，首先將所述板坯在1100～1300℃保溫處理2～4h后進(jìn)行熱軋，開(kāi)軋溫度為1000～1200℃，經(jīng)3道次軋制后冷卻至900～1000℃經(jīng)過(guò)5道次軋制，車削后得到終軋板。在一個(gè)具體實(shí)施例中，將所述板坯在1200℃保溫處理3h后進(jìn)行熱軋，開(kāi)軋溫度為1100℃，經(jīng)3道次軋制后冷卻至950℃，再經(jīng)過(guò)5道次軋制，車削后得到終軋板。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，熱軋分為粗軋與精軋依次進(jìn)行，粗軋開(kāi)軋溫度1100℃，粗軋道次變形量為33％，精軋總變形量為70％，終軋溫度為950℃，終軋板厚為15mm。在一個(gè)具體實(shí)施例中，板坯厚度為75mm，在1200℃保溫處理3h后進(jìn)行熱軋，開(kāi)軋溫度為1100℃，經(jīng)3道次軋制到50mm，冷卻至950℃，再經(jīng)過(guò)5道次軋制成厚度為15mm的熱軋板，采用線切割機(jī)床加工成Φ8mm×12mm的終軋板。得到終軋板后，將其升溫至雙相區(qū)溫度后立即變形，保溫處理后水淬至室溫。其中，雙相區(qū)溫度為740～770℃，優(yōu)選以5～15℃/s，更優(yōu)選10℃/s的速率升溫至雙相區(qū)溫度。升溫至雙相區(qū)溫度后，立即變形，所述變形的變形量為5％～15％，優(yōu)選為10％，優(yōu)選以1s-1的變形速率變形。所述變形處理是在Gleeble3500熱模擬機(jī)上完成的，熱壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在試樣中間位置焊接一對(duì)熱電偶，通過(guò)電腦接收該熱電偶的反饋信號(hào)來(lái)自動(dòng)控制試樣的溫度。變形完畢后進(jìn)行保溫處理，所述保溫處理的時(shí)間為600～1800s。參見(jiàn)圖1，圖1是本專利技術(shù)提供的處理方法的熱處理工藝示意圖，其中，升溫至740～770℃后保溫600～1800s再水淬至室溫是未變形的處理方式，升溫至740～770℃后立即變形10％再保溫600～1800s然后水淬至室溫是本專利技術(shù)提供的變形的處理方式。經(jīng)過(guò)上述處理后，觀察得到的低碳合金鋼，結(jié)果表明，本專利技術(shù)提供的處理后獲得鋼樣中室溫組織為鐵素體和馬氏體(雙相區(qū)奧氏體)相。經(jīng)過(guò)本專利技術(shù)提供的方法處理后，C、Mn、Cu等合金元素在室溫組織中馬氏體和鐵素體中的分布發(fā)生明顯變化，在馬氏體中出現(xiàn)明顯富集，未變形與變形的EPMA像作對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在相同的保溫時(shí)間下，變形的實(shí)驗(yàn)鋼在雙相區(qū)中C、Mn、Cu元素富集現(xiàn)象提前出現(xiàn)，并且富集程度提高，即本專利技術(shù)提供的方法能夠促進(jìn)元素配分。本專利技術(shù)以原始組織為鐵素體與珠光體的實(shí)驗(yàn)鋼為原料，采用雙相區(qū)保溫+變形-淬火處理工藝，利用雙相區(qū)熱變形能使組織產(chǎn)生高密度位錯(cuò)、空位以及較高的彈性應(yīng)變能、畸變能，為合金元素?cái)U(kuò)散提供擴(kuò)散通道，變形也為原子擴(kuò)散提供了額外的驅(qū)動(dòng)力，從而促進(jìn)合金元素配分，增加合金元素在奧氏體(室溫馬氏體)中得聚集效果。本專利技術(shù)利用雙相區(qū)變形促進(jìn)合金元素配分，達(dá)到以下目的：①在雙相區(qū)變形能夠產(chǎn)生大量空位、間隙原子等點(diǎn)缺陷來(lái)促進(jìn)合金元素在鐵素體(α)相與奧氏體(γ)相中的擴(kuò)散；②在雙相區(qū)變形能夠促使合金元素由鐵素體(α)相至奧氏體(γ)相中的配分行為，其合金元素配分效果更好、元素富集程度更高。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)提供的處理方法的熱處理工藝示意圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1獲得的鋼材的室溫組織SEM圖；圖3是本專利技術(shù)比較例1獲得的鋼材的室溫組織SEM圖；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例1獲得的鋼材的室溫組織微觀組織圖；圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例1獲得的鋼材室溫組織中C元素分布的EPMA圖；圖6是本專利技術(shù)實(shí)施例1獲得的鋼材室溫組織中Mn元素分布的EPMA圖；圖7是本專利技術(shù)比較例1獲得的鋼材室溫組織的微觀組織圖；圖8是本專利技術(shù)比較例1獲得的鋼材室溫組織中C元素分布的EPMA圖；圖9是本專利技術(shù)比較例1獲得的鋼材室溫組織中Mn元素分布的EPMA圖；圖10是本專利技術(shù)實(shí)施例2獲得的鋼材室溫組織的SEM圖；圖11是本專利技術(shù)比較例2獲得的鋼材室溫組織的SEM圖；圖12是本專利技術(shù)實(shí)施例2獲得的鋼材室溫組織的微觀本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低碳合金鋼的處理方法，包括以下步驟：a)鑄造低碳合金鋼坯，將所述低碳合金鋼坯鍛造為板坯；b)將所述板坯進(jìn)行熱軋，得到終軋板；c)將所述終軋板升溫至雙相區(qū)溫度后立即變形，保溫處理后水淬至室溫。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種低碳合金鋼的處理方法，包括以下步驟：a)鑄造低碳合金鋼坯，將所述低碳合金鋼坯鍛造為板坯；b)將所述板坯進(jìn)行熱軋，得到終軋板；c)將所述終軋板升溫至雙相區(qū)溫度后立即變形，保溫處理后水淬至室溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述低碳合金鋼為低碳硅錳鋼。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理方法，其特征在于，所述低碳硅錳鋼包括：0.18wt％的C；1.58wt％的Si；2.06wt％的Mn；0.41wt％的Cu；0.33wt％的Ni；0.008wt％的P；0.005wt％的S；0.0017wt％的B；余量的Fe；或者包括：0.19wt％的C；1.5wt％的Si；1.3wt％的Mn；0.010wt％的P；0.017wt％的Al；0.009wt％的S；0.0003wt％的B；余量的Fe。4....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏英立，宋進(jìn)英，鄭小平，李紅斌，張榮華，陳連生，田亞強(qiáng)，董福濤，劉倩，萬(wàn)德成，馬勁紅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華北理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河北;13