低碳低合金钒钛微合金化超高强度冷轧钢板的热处理方法

摘要

本发明公开了一种低碳低合金钒钛微合金化超高强度冷轧钢板的热处理方法，具体说是一种连续退火工艺。本发明是在无需改变冷轧钢板化学成分、不需要额外添加连续退火工艺工序从而保证低成本的前提下，仅通过改变连续退火快速冷却阶段的冷却速度达到提高超高强度冷轧钢板性能的目的。连续退火工艺为：首先将冷轧钢板以10℃/s的速度加热到780℃～860℃两相区保温60s～120s，然后分别用20℃/s～1000℃/s的冷却速度冷却到室温，接下来以10℃/s的速度加热到200℃～280℃保温240s～280s进行过时效处理，随后空冷到室温。经过本发明的处理，冷轧钢板的抗拉强度最高可达1227MPa，屈服强度最高可达1099MPa，延伸率最高可达14.8％，能够生产出延伸率更高的800MPa～1200MPa级别超高强度冷轧钢板。

说明书

技术领域

本发明涉及超高强度冷轧钢板的热处理方法，属于金属材料领域。

背景技术

超高强度冷轧钢板的应用可以在减轻机械设备自重的基础上提高自身性能，从而达到减小能耗、降低成本、提高生产效率的效果，并且能够更好地实现节能环保的目标。目前实际生产中的超高强度冷轧钢板主要是马氏体和铁素体双相钢，其力学性能主要由两相组织中马氏体体积分数和形态以及铁素体晶粒尺寸和形态等组织因素决定。在超高强度冷轧钢板生产中连续退火工艺尤为重要，连续退火中的快速冷却技术更是重中之重。提高快冷阶段的冷却速度，可以增加马氏体相的比例，并有效减小马氏体和铁素体的晶粒尺寸起到细晶强化的作用。另外，更高的冷速下相变更为剧烈，位错密度更高。因此连续退火工艺中的快冷阶段冷却速度对提高产品性能、满足用户要求和提升市场竞争力方面有重要意义。

为了提升冷轧钢板的性能，很多发明专注于添加各种合金元素甚至是贵重金属元素。这就很大程度地提高了冷轧钢板的生产成本。在合金元素中，钒、钛的储量较为充足，价格相对低廉，本发明研究的冷轧钢板即为钒钛微合金化低碳低合金冷轧钢板，具体成分如下：质量百分比为0.11％～0.20％的碳，质量百分比为0.4％～0.9％的硅，质量百分比为1.4％～2.0％的锰，质量百分比为0.015％～0.035％的钛，质量百分比为0.06％～0.10％的钒，余量为铁。在现行工艺条件下，上述成分制成的冷轧钢板抗拉强度达到1300MPa，屈服强度达到1100MPa，延伸率只有2.7％，存在着强度较高延伸率严重不足的问题。

发明内容

本发明要解决现有轧制工艺后冷轧钢板强度较高但延伸率不足问题，从而为生产出强度级别为800MPa～1200MPa级别的具有较高延伸率的超高强度冷轧钢板提供一种快冷阶段冷却速度为20℃/s～1000℃/s的连续退火工艺。

一种低碳低合金钒钛微合金化超高强度冷轧钢板的热处理方法，其特征在于冷轧钢板成分质量百分比为0.11％～0.20％的碳，质量百分比为0.4％～0.9％的硅，质量百分比为1.4％～2.0％的锰，质量百分比为0.015％～0.035％的钛，质量百分比为0.06％～0.10％的钒；热处理步骤如下：

步骤一，将冷轧钢板加热到奥氏体铁素体两相区；

步骤二，将冷轧钢板在奥氏体铁素体两相区保温；

步骤三，以一定的冷却速度将冷轧钢板冷却；

步骤四，将冷轧钢板加热到某温度保温一定时间进行过时效处理；

步骤五，将冷轧钢板空冷到室温。

进一步的，所述步骤一中将冷轧钢板加热到780℃～860℃。

进一步的，所述步骤二中将冷轧钢板保温60s～120s。

进一步的，所述步骤三中冷却速度为20℃/s～1000℃/s。

进一步的，所述步骤四中将冷轧钢板加热到200℃～280℃并保温240s～280s。

进一步的，冷轧钢板由马氏体和铁素体两相组成，马氏体比例为25.7％～62.1％，余量为铁素体。

进一步的，冷轧钢板中马氏体和铁素体的平均晶粒尺寸为3.9μm～7.7μm。

进一步的，冷轧钢板：析出的钒的碳氮化物和钛的碳氮化物的尺寸为8.5nm～19.3nm。

进一步的，所述冷却速度20℃/s和50℃/s是使用连续退火自动控制仪器进行高速气体喷射冷却实现，冷却速度200℃/s是使用90℃水淬，冷却速度500℃/s是使用60℃水淬，冷却速度1000℃/s是使用20℃水淬实现。

本发明的有益效果是：对冷轧钢板进行快冷阶段冷却速度为20℃/s～1000℃/s的连续退火工艺，在保留较高强度的同时提升其延伸率，从而生产出强度级别为800MPa～1200MPa级别的具有较高延伸率的超高强度冷轧钢板。本发明将冷轧钢板加热到奥氏体和铁素体两相区并在两相区保温一定时间。然后以20℃/s～1000℃/s的冷却速度将冷轧钢板冷却。随后将冷轧钢板加热到某温度保温一定时间进行过时效处理，最后将冷轧钢板空冷到室温。通过改变马氏和体铁素体双相钢中马氏体体积分数和形态以及铁素体晶粒尺寸和形态改善冷轧钢板的韧性。更高的快冷阶段冷却速度可以增加马氏体相的比例，并有效减小马氏体和铁素体的晶粒尺寸起到细晶强化的作用。尺寸为10nm左右的钒钛的碳氮化物也起到了析出强化的作用。此外，更高的冷速下相变更为剧烈，位错密度更高。本发明方法处理后的钒钛微合金化高强度冷轧钢板，其抗拉强度稍有降低，但延伸率有较大的提升，能够满足生产出强度级别为800MPa～1200MPa级别的具有较高延伸率超高强度冷轧钢板的要求。

附图说明

图1为本发明的热处理方式示意曲线；

图2为本发明实施例1冷轧钢板的显微组织图；

图3为本发明实施例2冷轧钢板的显微组织图；

图4为本发明实施例3冷轧钢板的显微组织图；

图5为本发明实施例4冷轧钢板的显微组织图；

图6为本发明实施例5冷轧钢板的显微组织图。

具体实施方式

下面将结合实施例和图1～6对本发明做进一步的描述。

实施例1：

实施例1所使用的冷轧钢板各元素质量百分比分别为：碳0.15％，硅0.4％，锰1.9％，钛0.026％，钒0.08％，余量为铁。具体实施方法为：首先将冷轧钢板以10℃/s的速度加热到840℃两相区保温80s，然后使用高速气体喷射冷却以20℃/s的冷却速度冷却到室温，接下来以10℃/s的速度加热到280℃保温280s进行过时效处理，随后空冷到室温。

本实施方式的有益效果是：热处理后，冷轧钢板的抗拉强度为926MPa，屈服强度为452MPa，延伸率达到14.8％。虽然抗拉强度有一定程度的下降，但是延伸率有了非常大程度的提升，冷轧钢板的韧性得到改善。

实施例2：

实施例2所使用的冷轧钢板各元素质量百分比分别为：碳0.12％，硅0.8％，锰2.0％，钛0.031％，钒0.08％，余量为铁。具体实施方法为：首先将冷轧钢板以10℃/s的速度加热到840℃两相区保温80s，然后使用高速气体喷射冷却以50℃/s的冷却速度冷却到室温，接下来以10℃/s的速度加热到280℃保温280s进行过时效处理，随后空冷到室温。

经过实施例2的热处理后，冷轧钢板的抗拉强度为970MPa，屈服强度为498MPa，延伸率达到13.5％。

实施例3：

实施例3所使用的冷轧钢板各元素质量百分比分别为：碳0.11％，硅0.9％，锰1.7％，钛0.035％，钒0.06％，余量为铁。具体实施方法为：首先将冷轧钢板以10℃/s的速度加热到840℃两相区保温80s，然后使用90℃水淬以200℃/s的冷却速度冷却到室温，接下来以10℃/s的速度加热到280℃保温280s进行过时效处理，随后空冷到室温。

经过实施例3的热处理后，冷轧钢板的抗拉强度为1072MPa，屈服强度为701MPa，延伸率达到10.8％。

实施例4：

实施例4所使用的冷轧钢板各元素质量百分比分别为：碳0.18％，硅0.5％，锰1.4％，钛0.019％，钒0.10％，余量为铁。具体实施方法为：首先将冷轧钢板以10℃/s的速度加热到840℃两相区保温80s，然后使用60℃水淬以500℃/s的冷却速度冷却到室温，接下来以10℃/s的速度加热到280℃保温280s进行过时效处理，随后空冷到室温。

经过实施例4的热处理后，冷轧钢板的抗拉强度为1108MPa，屈服强度为826MPa，延伸率达到9.3％。

实施例5：

实施例5所使用的冷轧钢板各元素质量百分比分别为：碳0.20％，硅0.7％，锰1.5％，钛0.015％，钒0.08％，余量为铁。具体实施方法为：首先将冷轧钢板以10℃/s的速度加热到840℃两相区保温80s，然后使用20℃水淬以1000℃/s的冷却速度冷却到室温，接下来以10℃/s的速度加热到280℃保温280s进行过时效处理，随后空冷到室温。

经过实施例5的热处理后，冷轧钢板的抗拉强度为1227MPa，屈服强度为1099MPa，延伸率达到7.9％。

通过分析我们可以看发现，经过本发明的热处理方法后的低碳低合金冷轧钢板抗拉强度最高可达1227MPa，屈服强度最高可达1099MPa，延伸率最高可达14.8％，冷轧钢板的韧性得到很大改善，能够满足用户各种各样的需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明设计思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。