一种高强塑积Fe-Mn-Al-Nb系中锰钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，特别涉及一种高强塑积Fe-Mn-Al-Nb系中锰钢及其制备方法。

背景技术

目前来说，汽车所用的中锰钢板已经革新到第三代先进汽车用钢，该中锰钢具有高抗拉强度和优异伸长率的匹配。研究发现，临界退火温度和时间对抗拉强度和延伸率有较大影响，使得强塑积可超过40GPa·％。从宏观力学性能方面，中锰钢在强度和延伸率上与第二代汽车用钢孪生诱发塑性钢(TWIP钢)相似，但中锰钢的合金化成本较低，制造难度较小；从微观组织来说，中锰钢保留了更多的具有较高力学稳定性的残余奥氏体，从而中锰钢具有增强型TRIP效应。

中锰钢冶炼中，热轧后组织为马氏体，若直接对其进行冷轧，由于马氏体变形抗力大难以进行大压下量，冷轧时对轧机将会产生很强的载荷，缩短轧机的寿命，并且板材在轧制过程中容易产生开裂现象。同时，冷轧中锰钢在变形时容易出现较长的吕德斯带导致成品板材出现明显的褶皱，影响产品的表面质量和用户的使用。

中国专利公开号CN115627328A公开了一种强塑积51GPa％级含铝冷轧中锰钢热处理方法，热处理方法是含铝中锰钢在冷轧工艺的基础上，将其在AC1和AC3温度区间进行多次的短时循环退火预处理；再进行680℃退火保温10min；然后迅速转移至盐浴炉中，淬火温度为150℃、时间为90s，完成配分；最后，水淬至室温。其中，每个短时循环退火预处理过程为：680℃退火，保温10min，然后水淬至室温。该中锰钢采用冷轧工艺，也存在上述冷轧容易产生的问题。

上述问题限制了冷轧中锰钢的应用，亟需开发一种合金成本低、制备相对简单的具有高强塑积的新型中锰钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高强塑积Fe-Mn-Al-Nb系中锰钢及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明高强塑积Fe-Mn-Al-Nb系中锰钢的制备方法，所述中锰钢的化学成分以重量百分比计为：C：0.3％、Mn：7.98％、Al：3％、Si：1.5％、Nb：0.2％、余量为Fe和不可避免的杂质；

所述制备方法包括如下步骤：(1)热轧：将上述成分的中锰钢板在1180℃热轧至厚度减少15％，然后冷却；

(2)一次温轧：将热轧后中锰钢板在630℃的温度下进行温轧至厚度减少80％，然后冷却；

(3)二次温轧：将一次温轧后中锰钢板在550℃下进一步温轧一段时间，随后冷却；

(4)临界退火：将轧制完成的中锰钢板进行750℃的临界退火，保温10时，并空冷至室温。

优选的，所述步骤(1)热轧：将中锰钢板在1180℃下均匀化180分钟，然后1180℃热轧减厚，所述步骤：(1)中冷却为水冷，(2)-(3)中冷却为空冷，所述的步骤(3)中温轧时间为1.5小时，步骤：(1)-(3)中冷却指冷却至室温。

本发明高强塑积Fe-Mn-Al-Nb系中锰钢，采用上述的高强塑积Fe-Mn-Al-Nb系中锰钢的制备方法制得。

本发明的有益效果是：本发明制备出的力学性能优良的中锰钢具有如下的特征：中锰钢的微观组织为晶粒尺寸2μm的超细晶组织，微观组织为奥氏体、铁素体，其中奥氏体体积占22％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌为板条状和块状两种状态。能产生连续屈服，无明显的屈服平台，抗拉强度1200MPa以上，强塑积达到56.7％。合金化成本低，制备简单，满足汽车、机械等多个行业的需求，产品应用范围广泛；采用二次温轧工艺避免了冷轧难以进行大的压下量和冷轧前需要长时期退火等问题，减少生产周期，缩短生产线，降低生产成本；通过成分、轧制和临界退火热处理工艺的设计控制组织中残余奥氏体含量，使之在形变过程中能够发生连续的TRIP效应，极大地提升了材料的综合性能。

附图说明

附图1是本发明中锰钢在二次温轧后的微观组织；

附图2为对比例1的EBSD相图；

附图3是对比例2的EBSD相图；

附图4是实施例1的EBSD相图；

附图5是对比例3的EBSD相图；

附图6是实施例1及对比例1-3的工程应力应变曲线；

具体实施方式

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

本发明实施例和对照例的中锰钢的化学成分以重量百分比计为：C:0.3％、Mn:7.98％、Al:3％、Si:1.5％、Nb:0.2％、余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明实施例和对照例的中锰钢采用以下制备方法：

(1)、热轧：将以上成分的中锰钢板在1180℃下均匀化180分钟，然后热轧至厚度减少15％，然后水冷至室温；

(2)、一次温轧：将上述中锰钢板在630℃保温1.5小时，温轧至厚度减少80％，然后进行空冷至室温；

(3)、二次温轧：将一次温轧后中锰钢板在550℃下进一步温轧1.5小时，随后进行空冷至室温；该步骤之后组织为铁素体、奥氏体及Fe

(4)、临界退火；IA1-IA4临界退火之后组织都为铁素体和奥氏体双相组织。

对比例1

本实施例的临界退火为：将轧制完成的中锰钢板进行750℃的临界退火，保温1h，并空冷至室温；

经过测定，本实施例中锰钢的抗拉强度为1223Mpa，屈服强度为1202MPa，延伸率为12.5％，强塑积为15.2GPa·％，奥氏体含量2.55％。

试样标记为IA1。

对比例2

本实施例的临界退火为：将轧制完成的中锰钢板进行700℃的临界退火，保温10h，并空冷至室温；

经过测定，本实施例中锰钢的的抗拉强度为1112Mpa，屈服强度为827MPa，延伸率为27.8％，强塑积为30.9GPa·％，奥氏体含量32.6％。

试样记为IA2。

实施例1

本实施例的临界退火为：将轧制完成的中锰钢板进行750℃的临界退火，保温10h，并空冷至室温；

经过测定，本实施例中锰钢的抗拉强度为1203Mpa，屈服强度为639MPa，延伸率为47.2％，强塑积为56.7GPa·％，奥氏体含量22.1％。

本实施例中锰钢的微观组织为晶粒尺寸为2μm的超细晶组织，微观组织为奥氏体、铁素体，其中奥氏体体积占22％；所述奥氏体和铁素体的组织形貌为板条状和块状两种状态。

试样记为IA3。

对比例3

本实施例的临界退火为：将轧制完成的中锰钢板进行800℃的临界退火，保温10h，并空冷至室温；

经过测定，本实施例中锰钢的抗拉强度为1214Mpa，屈服强度为490MPa，延伸率为24.1％，强塑积为29.3GPa·％，奥氏体含量16.2％。

试样记为IA4。

综上所述，实施例1相对于三个对照例，具的最高的延伸率和强塑积。

从图2-图5中看出，IA3奥氏体含量较高，且延伸率和强塑积最高，所以IA3塑性最高。从图6可以看出，IA1、IA2、IA3和IA4的极限抗拉强度分别为1223、1112、1203和1214MPa，伸长率分别为12.5％、27.8％、47.2％和24.1％，强塑积分别为15.2、30.9、56.7、29.3GPa·％，所以IA3性能最好。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。