一種高強塑積TRIP鋼棒材及等通道轉角擠壓制備方法技術

一種高強塑積TRIP鋼棒材及等通道轉角擠壓制備方法；棒材組分質量百分含量：C：0.15～0.20％，Mn：1.30～1.50％，Si：0.50～0.70％，A1：0.50～0.60％，Nb：0.02～0.05％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，余量Fe及不可避免雜質，直徑8～15mm；方法：1)按棒材成分冶煉，澆鑄成鑄錠；保溫后鍛造成板坯；2)板坯加熱保溫，進行熱軋，空冷至室溫得熱軋板；3)車削出棒材，采用路徑C進行等通道轉角擠壓，得擠壓棒材；4)擠壓棒材在兩相區保溫后，淬火至貝氏體區保溫，空冷至室溫得高強塑積TRIP鋼棒材；本發明專利技術通過等通道轉角擠壓結合TRIP鋼熱處理工藝，細化晶粒尺寸提高力學性能：抗拉強度為720～760MPa，延伸率為34～40％，強塑積為25～30GPa·％。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料加工領域，具體涉及一種高強塑積TRIP鋼棒材及等通道轉角擠壓制備方法。
技術介紹
目前，我國的汽車行業已經處于發展的快車道，隨著汽車工業的發展對高強度鋼的應用的驅動力越來越大；而且汽車工業對輕量化、安全、排放、成本控制及燃油經濟性要求越來越高，這就驅使汽車工業采用高強度鋼板和一些高強度輕量化材料。而相變誘發塑性鋼(TransformationInducedPlasticity，TRIP)就屬于這類材料，TRIP鋼的出現為解決強度和塑性的矛盾提供了方向，TRIP鋼的本質是通過相變誘發塑性效應，使得鋼材中奧氏體在塑性變形過程中誘發馬氏體生核和長大，并產生局部硬化，繼而變形不再集中在局部，使相變均勻擴散到整個材料以提高鋼板的強度和塑性。TRIP鋼板具有高的屈服強度和抗拉強度，延展性強，沖壓成形能力高，其中，第一代高強鋼-常規TRIP鋼的強塑積一般在15-20GPa％，第三代高強鋼-中錳TRIP鋼的強塑積在20-40GPa％，用作汽車鋼板可減輕車重，降低油耗，同時能量吸收的能力強，能夠抵御撞擊時的塑性變形，顯著提高了汽車的安全等級。如何提高細晶材料的塑性、韌性以及加工硬化能力，已成為國內外金屬材料領域普遍關注的重大科學問題。在常規TRIP鋼組織中，相對于鐵素體，合金元素的固溶強化和碳元素的富集使得殘余奧氏體作為一種硬相組織而存在，變形過程中，分配在殘余奧氏體的應力/應變相對集中，過早的形變誘導奧氏體相變影響TRIP效應對塑性、韌性以及加工硬化能力的提高。于是需要找到一種分散殘余奧氏體過早應力/應變集中的方法，在不添加合金元素的前提下，細化鐵素體晶粒是一種分散殘余奧氏體過早應力/應變集中的方法，同時，細化的殘余奧氏體具有較高的穩定性。等通道轉角擠壓變形(EqualChannelAngularPressing，簡稱ECAP)屬于劇烈塑性變形(SeverePlasticDeformation，簡稱SPD)技術的一種，它在不改變材料橫截面積的情況下，以純剪切方式實現對材料的大塑性變形，每一道次的ECAP變形都會給試樣施加非常均勻的強烈應變，多道次ECAP變形可實現非常大的累計應變，從而可以獲得亞微米晶甚至納米晶材料。所以，等通道轉角擠壓變形(ECAP)技術作為制備塊狀亞微米或納米材料的有效方法，經常被用于制備超細晶材料。TRIP鋼的熱處理工藝分為兩步：(1)臨界區退火；(2)貝氏體區等溫保溫，隨后空冷至室溫。本專利通過ECAP變形結合適當的熱處理工藝，可以有效細化材料的晶粒尺寸，在通過細化鐵素體晶粒來分散殘余奧氏體過早應力/應變集中的同時，細化的殘余奧氏體能提高其穩定性，綜合提高TRIP鋼棒材的力學性能。
技術實現思路
針對上述技術問題，本專利技術提供一種一種高強塑積TRIP鋼棒材及等通道轉角擠壓制備方法；通過合理設計鋼的成分，經煉鋼-鍛造-熱軋-機加工圓棒-等通道轉角擠壓-TRIP工藝熱處理，目的是通過等通道轉角擠壓變形細化晶粒并結合適當的熱處理工藝，制成具有高強塑積的低碳硅錳系TRIP鋼棒材。本專利技術的高強塑積TRIP鋼棒材，其化學組分的質量百分含量為：C：0.15～0.20％，Mn：1.30～1.50％，Si：0.50～0.70％，Al：0.50～0.60％，Nb：0.02～0.05％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，余量為Fe及不可避免的雜質。所述的高強塑積TRIP鋼棒材，其直徑為10±0.3mm。所述的高強塑積TRIP鋼棒材，其抗拉強度為720～760MPa，延伸率為34～40％，強塑積為25～30GPa·％。本專利技術的高強塑積TRIP鋼棒材的等通道轉角擠壓制備方法，包括以下步驟：步驟1，制備板坯：按照高強塑積TRIP鋼棒材的成分進行冶煉和鑄造后，鍛造成板坯；步驟2，熱軋：(1)將板坯，在1200～1250℃保溫2～3h；(2)將保溫后的板坯，立即進行多道次熱軋后，空冷至室溫，制得熱軋板；其中，終軋溫度為900～950℃，總累計壓下率為56～64％；步驟3，等通道轉角擠壓：從熱軋板上車削出棒材，進行等通道轉角擠壓，制得擠壓棒材；其中，等通道轉角擠壓的路徑采用路徑C方式，擠壓溫度為380～420℃，擠壓力為45～55MPa，擠壓速度為4～6mm/min，如果擠壓道次大于1次，則每道次擠壓后，在進樣口棒材旋轉180°后進行下一道次擠壓；步驟4，兩步熱處理：將擠壓棒材，在兩相區溫度下保溫后，迅速淬火至貝氏體區保溫，最后空冷至室溫，制得高強塑積TRIP鋼棒材。所述的步驟1中，鍛造加熱溫度為1180～1220℃，保溫時間1.5～2.5h，鍛造變形溫度為950～1100℃，鍛造成厚度為30～35mm的板坯。所述的步驟2(2)中，共進行3～5道次熱軋。所述的步驟2(2)中，單道次壓下率為20～25％。所述的步驟2(2)中，熱軋板厚度為11～13mm。所述的步驟3中，共進行1～4道次等通道轉角擠壓。所述的步驟3中，路徑C方式是指金屬棒材在擠壓一道次后，下一道次旋轉180度后擠壓。所述的步驟4中，兩相區溫度為780～820℃，兩相區保溫4～6min。所述的步驟4中，兩相區保溫在氯化鹽的鹽浴爐中進行。所述的步驟4中，貝氏體區溫度為380～430℃，貝氏體區保溫2～5min。所述的步驟4中，貝氏體區保溫在硝酸鹽的鹽浴爐中進行。所述的硝酸鹽為亞硝酸鈉與硝酸鉀的混合物。本專利技術的高強塑積TRIP鋼棒材，成分設計合理，在添加C、Si和Mn的基礎上，以Al部分取代Si降低鋼中的硅含量，同時添加少量的微合金元素Nb。其中，C元素主要有利于提高奧氏體的穩定性，Si不溶于滲碳體，在提高奧氏體穩定性的同時還可以起到較強的固溶強化作用，以Al部分代替Si有利于提高棒材材的表面性能，Nb的加入可細化晶粒，使得鋼的屈服強度和抗拉強度有所提高。本專利技術的高強塑積TRIP鋼棒材的等通道轉角擠壓制備方法，利用等通道轉角擠壓(ECAP)使材料發生劇烈的塑性變形，充分細化材料的晶粒尺寸，隨后結合適當的熱處理工藝，使實驗鋼在兩相區退火，再淬入貝氏體區等溫，最后空冷至室溫，在通過細化鐵素體晶粒來分散殘余奧氏體過早應力/應變集中的同時，細化的殘余奧氏體能提高其穩定性，從而提高其綜合力學性能。本專利技術制備的高強塑積低碳硅錳系TRIP鋼棒材將強度與塑性有效地結合在一起，綜合力學性能優越：本專利技術的高強塑積低碳硅錳系TRIP鋼棒材，其抗拉強度為720～760MPa，延伸率為34～40％，強塑積為25～30GPa·％；而傳統工藝未ECAP變形+TRIP熱處理工藝的棒材的抗拉強度為768MPa，延伸率為28.2％，強塑積為21.6GPa·％；可見，本專利技術方法制備的高強塑積低碳硅錳系TRIP鋼棒材，相比傳統工藝提高了15～40％。附圖說明圖1本專利技術實施例2～4的高強塑積TRIP鋼棒材的等通道轉角擠壓制備方法中的等通道轉角擠壓(ECAP)原理示意圖；圖2本專利技術實施例2～4的高強塑積TRIP鋼棒材的等通道轉角擠壓制備方法中對應步驟4兩相區退火熱處理工藝示意圖；圖3本專利技術實施例2～4制備的高強塑積TRIP鋼棒材和對比例制備的實驗參照用的TRIP鋼棒材進行拉伸試驗時拉伸試樣示意圖；圖4本專利技術實施例2～4制備的高強塑積TRIP鋼棒材和對比例制備的實驗參照用的TR本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高強塑積TRIP鋼棒材，其特征在于，所述TRIP鋼棒材的化學組分的質量百分含量為：C：0.15～0.20％，Mn：1.30～1.50％，Si：0.50～0.70％，Al：0.50～0.60％，Nb：0.02～0.05％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，余量為Fe及不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種高強塑積TRIP鋼棒材，其特征在于，所述TRIP鋼棒材的化學組分的質量百分含量為：C：0.15～0.20％，Mn：1.30～1.50％，Si：0.50～0.70％，Al：0.50～0.60％，Nb：0.02～0.05％，S：＜0.01％，P：＜0.01％，余量為Fe及不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的高強塑積TRIP鋼棒材，其特征在于，所述的高強塑積TRIP鋼棒材，其直徑為10±0.3mm。3.根據權利要求1所述的高強塑積TRIP鋼棒材，其特征在于，所述的高強塑積TRIP鋼棒材，其抗拉強度為720～760MPa，延伸率為34～40％，強塑積為25～30GPa·％。4.權利要求1所述的高強塑積TRIP鋼棒材的等通道轉角擠壓制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，制備板坯：按照高強塑積TRIP鋼棒材的成分進行冶煉和鑄造后，鍛造成板坯；步驟2，熱軋：(1)將板坯，在1200～1250℃保溫2～3h；(2)將保溫后的板坯，立即進行多道次熱軋后，空冷至室溫，制得熱軋板；其中，終軋溫度為900～950℃，總累計壓下率為56～64％；步驟3，等通道轉角擠壓：從熱軋板上車削出棒材，進行等通道轉角擠壓，制得擠壓棒材；其中，等通道轉角擠壓的路徑采用路徑C方式，擠壓溫度為380～420℃，擠壓力為45～55MPa，擠壓速度為4～6mm/min，如果擠壓道次大于1次，則每道次擠壓后，在進樣口棒材旋轉180°后進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐正友，黃家能，丁樺，盧興超，蔡志輝，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21