一种中锰钢及其制备方法

本发明涉及金属铸造，尤其涉及一种中锰钢及其制备方法。

背景技术：

1、目前汽车工业一直致力于提高燃油效率和乘客安全性，因此具有优异的机械性能、可成形性、可回收性和成本相对较低的钢材便备受人们的关注。而其中拥有经济性和安全性的钢板便是现代汽车设计的首选。其通过采用具有高强度和高延展性的先进高强度钢来减少co2排放。目前来说，汽车所用的钢板已经革新到第三代先进汽车用钢，它们表现出拉伸强度和总伸长率的优异组合。

2、中锰钢力学性能优异，合金元素适当，生产成本低，其优异的力学性能来源于亚稳奥氏体在塑性变形过程中发生向马氏体转变的相变诱导塑性效应(trip效应)，进而推迟颈缩现象的产生，由此提高金属的强度和塑性。目前，为了获得更为活跃的trip效应的中锰钢，有研究人员通过添加合金元素来获得更为活跃的trip效应，但是添加合金元素不仅会增加成本，还可能影响合金的成型性和可焊性，并且元素添加不当，还会造成晶粒增大，进而影响中锰钢的强度。因此，提供一种兼具高强度和良好塑性的中锰钢具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种中锰钢及其制备方法。本本发明提供的中锰钢采用预加载-三次淬火结合冷冻处理-两次退火的设计思路，使制备的中锰钢兼具优异的塑性和强度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、本发明第一个方面提供一种中锰钢，以质量百分含量计，由以下化学成分组成：c：0.15%~0.2%，mn：4%~10%，al：1%~3%，ti：0.25%~0.5%，v：0.18%~0.36%，余量为fe和不可避免的杂质。

4、相对于现有技术，本发明提供的中锰钢，通过降低碳元素和锰元素，并添加一定量的铝元素，不仅可以提高中锰钢中马氏体的稳定性，还可以在一定程度上提高trip的活跃性，进而使制备的中锰钢兼具高强度和优异塑性的性能；本发明中还通过限定钛和钒的含量，通过添加钛和钒，在一定程度上可以细化晶粒并强化晶界，从而进一步提高中锰钢的强度和塑性。

5、本发明以碳、锰和铝为主要元素，有利于在一定程度上提高trip的活跃性，进而提高中锰钢的强度和塑性，本发明进一步控制钛元素和钒元素的加入量，在一定程度上起到细化晶粒、强化晶界的作用，进一步提高塑性和强度；通过本发明提供的元素制备得到的中锰钢，与现有中锰钢相比，还可以省去镍和钼的加入，在降低成本的同时还能使制备的中锰钢兼具高强度和优异塑性，对投入实际生产具有重要的实用价值。

6、本发明第二个方面提供上述中锰钢的制备方法，包括如下步骤：

7、s1、在惰性氛围下，将c、fe和mn于1600℃~1700℃下进行第一次熔炼，得第一钢液；然后在第一钢液中加入ti、v和al，于1400℃~1600℃下进行第二次熔炼，冷却，得金属板坯；

8、s2、将所述金属板坯于1200℃~1400℃下加热，于800℃~1000℃下进行热轧，得热轧板，然后将所述热轧板于650℃~750℃下进行温轧，得温轧板；

9、s3、将所述温轧板进行低速加载和高速加载，得预加载金属板坯；

10、s4、将所述预加载金属板坯于780℃~820℃下进行三次淬火，每次淬火结束后于-170°c~-150°c进行冷冻，得初级中锰钢；

11、s5、将所述初级中锰钢于620℃~720℃进行两次退火，得所述中锰钢。

12、相对于现有技术，本发明提供的中锰钢的制备方法，首先采用预加载的工艺并通过高速加载和低速加载对中锰钢进行处理，其中，低速加载时，低角度晶界转变为高角度晶界更多，位错分布发生变化，但密度并无太大变化，能够减少应力偏聚，提高强度，而高速加载后，保留大量低角度晶界，并且由于加载能变大，位错大幅增加，使得晶界能大大提高，更能阻碍元素的迁移和晶界的移动，防止晶粒长大更为困难，元素的锁定也能保证原奥氏体晶粒的稳定性；s3通过低速加载和高速加载结合，能够优化中锰钢的微观结构，使其具有更加均匀和细小的晶粒结构，从而提高中锰钢的强度，低速加载和高速加载结合，还能通过增加中锰钢的错密度以及细化中锰钢的晶界，从而减少晶界处的裂纹萌生和扩展，进一步提高中锰钢的塑性；通过对预加载金属板坯进行三次淬火，有利于锰元素从马氏体向铁素体和奥氏体转移，并且每次淬火结束后进行冷冻处理，有利于加快马氏体转化率，并让更多的奥氏体发生相变，通过三次淬火结合冷冻工艺，达到细化晶粒的作用，从而提高中锰钢的塑性和强度，通过三次淬火和冷却处理，还为后续的退火处理提供一个前驱体；第一次退火工艺可以防止晶粒尺寸增大，实现元素初分配和奥氏体的初转变，为下一次退火提供预条件，进一步，第二次退火工艺，有利于中锰钢得到块状奥氏体和片状奥氏体，实现双峰组织，获得合适稳定性的奥氏体，在一定程度上提高trip的活跃性，使制备的中锰钢兼具优异的塑性和强度。

13、本发明提供的中锰钢的制备方法，通过预加载-三次淬火结合冷冻处理-两次退火的工艺，其中，预加载能驱动低角度晶界往高角度发展，并使得更多的位错堆积在晶界处，实现强化性能的效果，预加载还能获得更高的晶界能，对元素扩散到别的晶粒有限制作用，弥补了循环淬火工艺对c/mn元素的迁移问题；三次淬火能实现细晶强化，并且得到片状马氏体，而且在多次淬火过程中，让mn元素更多得分配到奥氏体中来调控奥氏体稳定性，冷冻工艺提高马氏体转化率；进一步两次退火能得到块状奥氏体和片状奥氏体的双峰结构，获得合适稳定性的奥氏体，在一定程度上提高trip的活跃性，本发明提供的中锰钢采用预加载-三次淬火结合冷冻处理-两次退火的设计思路，使制备的中锰钢兼具优异的塑性和强度。

14、优选的，ti、mn、v和al以单质形式加入，c和fe以合金形式加入。

15、优选的，s1中，所述惰性氛围使用的气体为氩气。

16、优选的，s1中，所述第一次熔炼的时间为2h~3h。

17、优选的，s1中，所述第二次熔炼的时间为1h~2h。

18、优选的，s2中，所述加热的时间为1h~2h。

19、优选的，s2中，所述热轧板的厚度为4.8mm~5mm。

20、优选的，s2中，所述温轧板的厚度为1.5mm~2mm。

21、优选的，s3中，所述低速加载时，采用霍普金斯杆，加载率为102·s-1~103·s-1。

22、优选的，s3中，所述高速加载时，采用轻气炮，加载率为104·s-1~105·s-1。

23、通过限定高速加载和低速加载的条件，有利于进一步提高中锰钢的强度和塑性。

24、优选的，s4中，所述淬火的时间为9min/次~12min/次。

25、优选的，s4中，所述冷冻的时间为5min~8min。

26、优选的，s4中，所述冷冻前还需要将淬火处理的预加载金属板坯水冷至室温。

27、优选的，s5中，第一次退火的温度为620℃~650℃，时间为8min~10min。

28、优选的，s5中，第二次退火的温度为700℃~720℃，时间为8min~10min。

29、本发明限定了第一次退火为低温退火，有利于防止晶粒尺寸增大，第二次退火为高温退火，有利于得到块状奥氏体和片状奥氏体的双峰结构，得到合适的稳定性的奥氏体，进一步提高中锰钢的强度和塑性。