[發明專利]一種基于動態碳配分原理的QDP馬氏體鋼

有效

• 申請號: 201210259098.3
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN102766818A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 劉偉杰
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C21D1/18
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

技術領域

本發明屬于冶金材料領域，具體涉及一種基于動態碳配分原理的QDP馬氏體鋼。

背景技術

Q&P（Quenching?and?Partitioning）鋼是近年研發成功的一種具有高塑性的低碳馬氏體鋼，其延伸率可以達到13%以上，強塑積接近甚至超過20000MPa%，遠高于普通低碳馬氏體鋼的塑性指標，如22MnB鋼，其延伸率只有6%左右，強塑積通常不會超過10000MPa%。Q&P鋼的強韌化機理是彌散分布在馬氏體基體上的殘余奧氏體相在塑性變形過程中被觸發轉變成馬氏體（strain?induced?martensite），由此產生的局部相變硬化能夠延遲頸縮的發生，因此提高了材料的延伸率。通過形變觸發馬氏體相變使材料延伸率提高的現象稱為TRIP（transformation?induced?plasticity）效應，產生TRIP效應的前提條件是鋼中存在一定體積分數的、彌散分布的和在室溫下具有足夠力學穩定性的殘余奧氏體相，而這一殘余奧氏體相的量和穩定性是通過其中碳的富集來實現和控制的。

J.?Speer等在2003年的Acta?Materials?51（材料學報）上發表的“Carbon?partitioning?into?austenite?after?martensite?transformation”（碳在馬氏體相變后向奧氏體中的配分）一文中討論了馬氏體轉變后碳在殘余奧氏體中富集的熱力學條件并提出一種Q&P工藝，即將鋼奧氏體化后淬火到其馬氏體轉變開始點（Ms）和終了點（Mf）之間的某一溫度，獲得一定量的馬氏體相，并在此淬火溫度或在其與Ms點溫度之間的某一溫度保溫一段時間令馬氏體中的過飽和碳富集或配分（partitioning）到殘余奧氏體相中，以此控制馬氏體基體中殘余奧氏體的量及力學穩定性。

盡管鋼鐵工業界目前已經開發出一系列適用于Q&P工藝的鋼種，但是其碳配分過程必須借助一個獨立的等溫工序才能完成，這在很大程度上限制了Q&P鋼的應用范圍，比如它無法作為汽車熱沖壓用鋼來使用，因為等溫碳配分工序無法在常規的熱沖壓生產設備上實現。

發明內容

????????針對現有Q&P鋼種存在的不足，本發明提供一種基于動態碳配分原理的QDP（Quenching?and?Dynamic?Partitioning）馬氏體鋼，其具有與傳統Q&P鋼相同的板條馬氏體+殘余奧氏體相的顯微組織和優異的綜合力學性能，但是其碳配分是在淬火過程中伴隨著馬氏體的形成動態完成的（dynamic?partitioning），而不是像傳統Q&P鋼那樣必須借助一個獨立的等溫工序才能完成。

本發明的基于動態碳配分原理的QDP馬氏體鋼的化學成分按重量百分比是：0.15-0.3%C?，0.3-0.5%?Mn?，0.5-1%?Cr，?0.2-0.6%?Mo，0.2-1.5%?Si?，0.02-1.0%?Al，(Si+Al)?>1.0%?，0.002-0.004%?B，0.02-0.05%?Ti，S?<0.01%，P?<0.015%

本發明的基于動態碳配分原理的QDP馬氏體鋼的馬氏體轉變開始溫度為>350℃。

本發明的基于動態碳配分原理的QDP馬氏體鋼的制備方法包括奧氏體化和淬火，其特征是在對其進行淬火處理時，其在馬氏體轉變開始溫度以下溫度區間的平均冷卻速度需要被控制在＜40℃/s的范圍內。

本發明的基于動態碳配分原理的QDP馬氏體鋼中各合金元素的作用及成份設計依據如下：

C：固溶強化及奧氏體穩定化元素，其含量能夠影響馬氏體相強度、殘余奧氏體體積分數及鋼的淬透性，在本發明中，碳含量范圍所對應的抗拉強度范圍為1400?-?1600MPa；

Mn：脫氧、脫硫、固溶強化和奧氏體穩定化元素，能顯著提高鋼的淬透性及降低Ms點溫度，為減小對Ms點溫度的影響，在本發明中，Mn含量被限制在0.3-0.6%之間較低的添加水平上；

Cr：固溶強化及碳化物形成元素，能有效提高鋼的淬透性，但含量過高會影響鋼的塑性和韌性；

Mo：固溶強化及碳化物形成元素，能有效提高鋼的淬透性，還能夠強化晶界減少磷元素對晶界的弱化作用；

Si：脫氧、固溶強化及碳化物抑制元素，能有效抑制碳化物的生成。為在碳配分過程中完全抑制碳化物的析出，在本發明中Si與另一碳化物抑制元素Al的含量總合要大于1%；