一种Fe-Mn-Al-C系轻质钢变厚度轧制性能梯度分布方法

本发明涉及钢铁冶金，特别涉及一种fe-mn-al-c系轻质钢变厚度轧制性能梯度分布方法。

背景技术：

1、在双碳背景下坚持推进绿色制造理念，工程机械的轻量化是实现绿色智造直接途径之一。在交通运输、起重机械等工程领域运用先进制造技术与先进钢铁材料，可实现装备减重、减少能源消耗、提高经济效益。近年来，fe-mn-al-c系轻质钢与变厚度轧制技术组合具备优异的减重潜能，并且fe-mn-al-c系轻质钢在室温和低温状态具备优异强度和韧性及疲劳性能，在高温状态具有良好抗氧化性能而受到广泛关注。作为实现轻量化减重理念的原材料，fe-mn-al-c系轻质钢板带可代替第四代先进高强钢板带应用于大部分工程应用场合。变厚度轧制技术是实现工程装备轻量化的重要途径，但无法将具备不同组织性能的板带组合在一起，限制了差厚板的综合力学性能，且无法适应工程装备不同区域板带性能的差异需求。解决此问题传统方法是激光拼焊技术，该技术可将成分、性能与厚度不同的板材拼接在一起。但焊缝会限制板料的成形性，焊接前需要去除钢板表面的涂层，加热过程易氧化，增加生产能耗。

2、基于上述考虑，对fe-mn-al-c系轻质钢应用变厚度轧制技术，可生产出不同厚度组合、低密度高强度、适用于工程机械用钢要求的差厚板板带，并且实现对差厚板板带的组织性能调控，即在变厚度轧制工艺前增加预备热处理工艺，将不同板带区域感应加热至不同温度，在最终热处理工艺中选择不同淬火温度、冷却速度与热处理工艺，消除板带内的残余应力与差厚板不同区域组织性能调控，可实现板带不同区域获得不同性能，在不牺牲结构强度以及实际应用需要的前提下满足工程实际应用要求，实现一钢多能。因此，fe-mn-al-c系轻质钢变厚度轧制产品的组织性能调控技术在实现绿色智造、节能减排、产业升级等方面具有重大意义。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的不足，本发明提供一种fe-mn-al-c系轻质钢变厚度轧制性能梯度分布方法，fe-mn-al-c系轻质钢为奥氏体+铁素体双相组织，化学成分：0.60％-1.00％c、10.0％-25.0％mn、5.0％-12.0％al、p<0.003％、s<0.002％、0.40％-0.60％si、0.033％-0.053％nb、，余量为fe及不可避免杂质， 本发明中fe-mn-al-c系轻质双相钢密度为6.65～7.05g/cm3，通过在变厚度轧制工艺之前增加不同预备热处理工艺，通过感应加热将差厚板板带不同厚度区域加热至不同温度范围，使板带不同厚度区域分别成为奥氏体再结晶区、奥氏体未再结晶区以及室温状态。并且在最终热处理工艺中控制淬火温度、回火温度、冷却速度以及室温状态下轧制后退火工艺温度与时间，本发明提高了差厚板综合力学性能，并且实现了板带不同区域组织性能调控；具备多种性能差厚板可节省板带材料使用，并且满足工程装备复杂环境应用需求，降低能源消耗，体现了绿色智造理念。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种fe-mn-al-c系轻质钢变厚度轧制性能梯度分布方法，fe-mn-al-c系轻质钢为奥氏体+铁素体双相组织，化学成分为：0.60％-1.00％c、10.0％-25.0％mn、5.0％-12.0％al、p<0.003％、s<0.002％、0.40％-0.60％si、0.033％-0.053％nb，余量为fe及杂质，本发明中fe-mn-al-c系轻质双相钢密度为6.65～7.05g/cm3，fe-mn-al-c系轻质钢板带在单道次变厚度轧制前后包括预备热处理与最终热处理工艺；包括以下步骤：

4、s1、连铸；

5、s2、开卷；

6、s3、预备热处理；

7、s4、单道次变厚度轧制；

8、s5、最终热处理；

9、s6、热矫直；

10、s7、剪切；

11、s8、卷取；

12、将连铸工艺得到的fe-mn-al-c系轻质钢板带进行预备热处理；在中频感应加热炉对板带i区温度加热至1100℃-1200℃，在800℃-950℃温度范围达到正火温度，并使板带i区达到奥氏体再结晶状态，对板带ii区温度感应加热至727℃-950℃，板带ii区达到奥氏体未再结晶温度范围；板带iii区不加热，保持室温进入单道次变厚度轧制工艺，即轧制过程中连续动态地上下调节轧辊辊缝获得厚度连续变化板带；轧制后使用感应加热保持板带i区的温度在950℃，进入辊式淬火机完成水淬工艺后，在中频感应加热炉中将板带i区温度加热至200℃-300℃进行低温回火工艺，回火时间为15min，回火后组织为回火马氏体和均匀细小的粒状碳化物组织轧制后通过感应加热保持板带ii区的温度在750℃，进入辊式淬火机完成水淬工艺，在中频感应加热炉中将板带ii区温度加热至500℃-600℃进行高温回火工艺，回火时间为15min，得到回火索氏体组织在中频感应加热炉中将板带iii区温度加热至950℃-1000℃进行退火处理，退火时间为30min-120min，高温铁素体含量降低至少于52%，奥氏体晶粒粗化与碳化物完全固溶于奥氏体基体。

13、进一步地，对板带i区温度加热至正火温度后再进行补热，将板带i区温度保持在1150℃-1250℃，使得板带i区成为奥氏体再结晶区域并消除魏氏和带状组织。

14、进一步地，在中频感应加热炉中板带ii区加热温度保持在850℃-950℃，即奥氏体化温度与奥氏体再结晶温度之间，使得板带ii区成为奥氏体未再结晶区域。

15、进一步地，辊式淬火机采用高压与低压连续淬火区，fe-mn-al-c系轻质钢板带在500℃-950℃温度区间内在高压区冷却，高压区冷却水压力为0.8mpa、高压区冷却水量为4500m3/h，500℃以下在低压区冷却，低压区冷却水压力为0.4mpa、低压区冷却水量为6500m3/h，淬火差厚板获得大于和小于淬火临界冷却速度，减少马氏体转变产生内应力，减小板带变形倾向，辊式淬火机中每根冷却喷嘴配置独立供水系统，控制冷却喷嘴安装角度为20°-30°，减少板带冷却水堆积，提高流量分区控制精度与稳定性，确保上下喷嘴的三维对称性，上喷嘴水量与下喷嘴水量比值为0.6-0.9，有利于板带内部与表层冷却速度差值小于传统淬火设备冷却的差值，实现fe-mn-al-c系轻质钢差厚板i、ii区高温、亚温淬火后精准控制冷却速度，分别获得目标组织转变产物马氏体与铁素体。

16、进一步地，中频感应加热炉内添加喷管冷却装置，喷管冷却装置布置在不加热和避免热传导工况下的板带区域处，避免板带局部感应加热过程影响指定区域温度控制。

17、进一步地，中频感应加热炉内通过改变内部磁导体组合方式，划分不同升温区域，且感应加热装置内部增加横向磁场与纵向磁场，使板带在宽度方向与厚度方向上温度均匀，避免产生集边效应。

18、本发明与现有技术相比具有如下优点：

19、（1）利用本发明可以生产出具备高强硬度、塑性以及耐磨性等优异力学性能的fe-mn-al-c系轻质钢材料差厚板产品，因此发明中fe-mn-al-c系轻质双相钢优异的综合力学性能高度满足重大机械装备服役要求，fe-mn-al-c系轻质钢板带可以代替传统较厚规格先进高强钢板带，在产品优化升级、绿色制造等方面具有重要意义。

20、（2）利用本发明可以实现差厚板不同区域具备对应性能，通过对板带不同区域进行多种预备热处理工艺与最终热处理工艺，包括感应加热至不同温度范围以及在室温状态下进行变厚度轧制工艺，轧制后对应进行高温淬火-低温回火工艺、亚温淬火-高温回火工艺以及950℃-1050℃退火处理工艺，可获得高强度硬度、耐磨性以及塑性韧性耐腐蚀性。该技术可代替传统激光拼焊技术进而得到板带具备多种性能，可得到兼具低密度和性能分布的fe-mn-al-c系轻质钢差厚板板带，以保证在不牺牲装备结构部件强度的前提下尽量实现轻量化。