一种高性能超细晶热轧TRIP钢材料及制备方法与流程

本发明属于金属材料加工领域，涉及一种高性能超细晶热轧trip钢材料及制备方法。

背景技术：

随着高端装备制造产业的快速发展，对高强塑积热轧trip钢的需求日益增大，但由于热轧过程所得复相组织较粗大，热轧trip钢的综合力学性能仍低于相同成分冷轧trip钢的力学性能，限制了热轧trip钢在复杂汽车结构件上的应用。

金属材料在强化的同时，会导致塑性和韧性的下降，令强度和韧性（塑性）呈现倒置现象，制约了金属材料的进一步强韧化。细化晶粒尺寸是改善热轧trip钢材料综合力学性能最有效的方法，在满足强度基础上，韧性也有很大程度提高，体现了良好的综合力学性能。累积复合叠轧工艺是制备超细晶材料方法中成本低、设备简单的一种方法便，但其在累积复合叠轧高强度trip钢时存在结合强度低、板形翘曲严重及结合面积比例小的问题，较难应用于实际生产中。因此，探索一种具有良好的界面结合性能及板形质量的复合叠轧工艺，获得高性能超细晶的热轧trip钢制备方法，有重要的研究意义和应用价值。

技术实现要素：

针对常规trip钢热轧综合性能低于相同成分冷轧trip钢的力学性能，并且累积复合高强度trip钢时存在结合强度低、板形翘曲严重及结合面积比例的不足，本发明提供一种高性能超细晶热轧trip钢材的制备工艺，通过改进复合叠轧工艺，制备得到了高性能超细晶的热轧trip钢。

本发明首先提供了一种高性能超细晶的热轧trip钢，该热轧trip钢晶粒组织均匀细小，界面结合强度高，板型平直。

本发明还提供了一种高性能超细晶的热轧trip钢的制备方法，采用飞秒激光微纳刻蚀加工复合累积叠轧工艺处理热轧trip钢表面，先通过控制飞秒激光刻蚀加工参数，得到一定形貌的微沟槽阵列结构的trip钢，再将其进行累积复合叠轧。具体的包括如下步骤：

（1）取两片规格相同热轧trip钢，去除氧化层；

（2）然后放入去离子水中超声清洗，用压缩氮气吹干，将其固定在电脑控制的位移平台上，进行飞秒激光微纳刻蚀加工，得到具有一定形貌的微沟槽阵列结构的trip钢；将制得的trip钢对齐、叠放，并用铆钉铆紧，接着进行第一道的轧制、冷却、入炉保温，冷却，然后去除氧化层；

（3）将轧制复合后的trip钢板沿垂直于轧制方向切成大小相等的两块，再次叠放在一起，重复步骤（2）的操作工序三次，最后获得成品。

进一步地，所述步骤（2）中的飞秒激光微纳刻蚀加工工艺参数为：中心波长为800nm，脉冲宽度30-500fs，重复频率为10-95khz，扫描速度为100-600mm/s，扫描线间距为4-50μm，步进为0.5-10μm，飞秒激光的光斑直径为30-60μm。

进一步地，所述步骤（2）中的飞秒激光微纳刻蚀加工工艺参数优选为：脉冲宽度为100~200fs，重复频率为20~40khz，扫描速度为200~300mm/s，扫描线间距为10~30μm，光斑直径为40~50μm，步进为2~4μm。

进一步地，步骤（2）中所述轧制的条件为在880~950℃预热10min，随后进行轧制，压下量为30~60%。

进一步地，所述轧制的预热温度优选为900~930℃；所述压下量优选为40~50%。

进一步地，步骤（2）中，所述冷却和入炉保温的条件为：以20~30℃/s冷速冷却，冷却至570~630℃后入炉，保温25~35min后随炉冷至室温。

本发明所具有的有益效果：

本发明制备得到的热轧trip钢具有均匀细小的晶粒组织、高结合强度的界面和平直的板形等优点：其晶粒组织由10μm细化为2.1μm，抗拉强度从720mpa提高到1268mpa，延伸率从25%提高到38%，综合力学性能得到显著提高。由于该热轧trip钢兼具高强度和高延伸性能，能够减少冷轧工序带来的能耗和组织缺陷，能够广泛应用于冲制较复杂的零件及汽车结构件中，具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递。

现有技术通过累积叠轧工艺制备超细晶材料，但其在累积叠轧高强度trip钢时存在结合强度低、板形翘曲严重及结合面积比例小的问题，较难应用于实际生产中。本发明采用飞秒激光微纳刻蚀加工复合累积叠轧工艺来处理热轧trip钢，先用飞秒激光微纳刻蚀加工处理热轧trip钢表面，得到类似于井字形的微沟槽阵列结构，将两块热轧trip钢具有微沟槽阵列结构的一面叠放，轧制过程中每次压下量都控制在50%左右，控制材料均匀变形，由于制备的微沟槽阵列结构使得累积轧制时的热轧trip钢贴合更紧密、接触表面积增加，且存在水平方向的挤压作用力，因而材料的界面结合更加稳定和板形质量优良，实现热轧trip钢基体组织晶粒尺寸的细化，显著改善热轧trip钢综合力学性能。本发明采用的飞秒激光微纳刻蚀加工具有耗能低，无热熔区，高精度、高质量、高分辨率，无污染等优点，通过飞秒激光微纳刻蚀加工获得热轧trip钢表面质量高，可确保加工后的热轧trip钢在累积叠轧过程时能够充分粘合，获得高性能超细晶热轧trip钢成品，制备工艺较简单、经济。

附图说明

图1为本发明实施例1的热轧trip钢sem微观组织形貌图；

图2为本发明实施例1的热轧trip钢ebsd晶粒组织图。

具体实施方式

本发明的实施例中考察了轧钢预热温度、轧制压下量以及飞秒激光参数的优选值，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步解释。

本实施例设计的热轧trip钢为本领域广泛应用的公知材料主要成分。

热轧trip钢化学成分如下（质量百分比）：c：0.1~0.3%、si：0.3~0.4%、mn：1.5%~3.5%、p≤0.03%、s≤0.02%、al：0.8~1.5%、nb≤0.05%、v≤0.15%，余量为fe。

实施例1

（1）取两片100mm×100mm×1mm的热轧trip钢，放入95%酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽。

（2）然后放入去离子水中超声清洗，用压缩氮气吹干，将其固定在电脑控制的位移平台上，进行飞秒激光微纳刻蚀加工处理，加工的参数为中心波长为800nm，脉冲宽度150fs，重复频率为20khz，扫描速度为200mm/s，扫描线间距为30μm，步进为2μm，飞秒激光的光斑直径为50μm，激光加工区域的尺寸为80mm×80mm，得到具有一定形貌的微沟槽阵列结构的trip钢；将制得的trip钢对齐、叠放，并用铆钉铆紧，接着在920℃预热10min，随后进行轧制，压下量为50%，然后以25℃/s冷速冷却，冷却至600℃后入炉，保温30min后随炉冷至室温，再放入95%酒精内进行超声清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽。

（3）将轧制复合后的trip钢板沿垂直于轧制方向切成大小相等的两块，再次叠放在一起，重复步骤（2）的操作工序三次，最后获得成品热轧trip钢。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，如图1、图2所示，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.1μm，晶粒尺寸得到了显著细化，屈服强度为786mpa，抗拉强度为1268mpa，延伸率为38%。

实施例2

与实施例1基本相同，但有以下改变：在880℃预热10min后进行轧制。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.5μm，屈服强度为695mpa，抗拉强度为1207mpa，延伸率为35%。

实施例3

与实施例1基本相同，但有以下改变：在950℃预热10min后进行轧制。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.3μm，屈服强度为703mpa，抗拉强度为1215mpa，延伸率为33%。

实施例4

与实施例1基本相同，但有以下改变：在920℃预热10min后进行轧制，压下量为40%。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为3.1μm，屈服强度为662mpa，抗拉强度为1148mpa，延伸率为31%。

实施例5

与实施例1基本相同，但有以下改变：920℃预热10min，随后进行轧制，压下量为30%。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为3.5μm，屈服强度为580mpa，抗拉强度为962mpa，延伸率为27%。

实施例6

与实施例1基本相同，但有以下改变：重复步骤（2）的操作工序1次。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为5.8μm，屈服强度为520mpa，抗拉强度为850mpa，延伸率为28%。

实施例7

与实施例1基本相同，但有以下改变：重复步骤（2）的操作工序两次。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为4.5μm，屈服强度为585mpa，抗拉强度为987mpa，延伸率为30%。

实施例8

与实施例1基本相同，但有以下改变：脉冲宽度30fs。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.3μm，屈服强度为780mpa，抗拉强度为1256mpa，延伸率为37%。

实施例9

与实施例1基本相同，但有以下改变：脉冲宽度400fs。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.3μm，屈服强度为778mpa，抗拉强度为1245mpa，延伸率为36%。

实施例10

与实施例1基本相同，但有以下改变：扫描速度为100mm/s。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.2μm，屈服强度为697mpa，抗拉强度为1168mpa，延伸率为36%。

实施例11

与实施例1基本相同，但有以下改变：扫描速度为400mm/s。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为3.3μm，屈服强度为754mpa，抗拉强度为1252mpa，延伸率为34%。

实施例12

与实施例1基本相同，但有以下改变：飞秒激光的光斑直径为60μm。

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为2.4μm，屈服强度为723mpa，抗拉强度为1185mpa，延伸率为36%。

实施例13

与实施例1基本相同，但有以下改变：飞秒激光的光斑直径为30μm

对制备得到的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为3.2μm，屈服强度为657mpa，抗拉强度为1078mpa，延伸率为32%。

对比例1

取未经飞秒激光微纳刻蚀加工复合累积叠轧工艺处理的热轧trip钢板，放入95%酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽。

对未经飞秒激光微纳表面加工复合累积叠轧工艺处理且去除了氧化层的热轧trip钢进行力学性能测试，该热轧trip钢晶粒尺寸为10.0μm，屈服强度为450mpa，抗拉强度为720mpa，延伸率为25%。