[发明专利]一种低温高应变速率超塑性中锰钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低温高应变速率超塑性中锰钢及其制备方法，中锰钢的化学成分以质量百分比计为：C:0.05～0.15％；Mn:5～8％；Al:0～3％；Nb:0.05～0.15％；V:0.05～0.1％，其余为Fe及不可避免杂质；所述中锰钢具有双相奥氏体和铁素体微观组织，所述微观组织为均匀的等轴奥氏体和铁素体晶粒，所述奥氏体和铁素体晶粒尺寸均在0.3um以下。中锰钢的的制备方法为：1)冶炼出成分配比钢锭，2)加热锻造，3)低温热轧，4)循环淬火热处理，5)大压下率冷轧，6)临界热处理，最终获得超细的(平均晶粒尺寸小于0.3μm)奥氏体和铁素体双相中锰钢板材。

技术领域

本发明涉及高强钢技术领域，具体涉及一种低温高应变速率超塑性中锰钢及其制备方法。

背景技术

近年来快速发展的汽车行业带来了一系列的环境污染和能源短缺等问题，环保、节能和安全成为汽车制造业的发展主题。在节省油耗和降低废气排放的诸多措施中，汽车轻量化的效果最为明显。汽车轻量化主要有两种途径：一是采用轻质材料，例如铝合金、镁合金、工程塑料及复合材料等；二是采用先进高强钢。相比于镁、铝及其合金，先进高强钢可在不增加汽车生产成本的前提下，显著降低车身重量，已成为目前汽车轻量化的主要材料。

含量Mn为3.5～12wt.％的中锰钢退火后具有铁素体和奥氏体的复相组织，在一定的临界热处理条件下，该类钢组织中的奥氏体具有良好的机械稳定性，在塑性变形过程中能够在较大的应变范围内发生TRIP(Transformation Induced Plasticity)效应，从而改善钢的强度和塑性，成为先进高强钢的典型代表。

然而，现有中锰钢在成形过程中面临一系列的技术难题：(1)冷加工往往会发生回弹现象，影响结构件的成形精度，有时会导致开裂；(2)冲压成形需要较大的冲压力，这不仅会对冲压设备提出挑战，更为重要的是，会加速冲压模具的磨损，增加工艺成本；(3)温热成形的成型件会出现回弹及尺寸精度难以控制的问题；(4)复杂构件生产困难。

近期有国内外学者报告指出，中锰钢在一定温度和应变速率下具有超塑性特征，这为解决中锰钢成形回弹和复杂构件生产困难提供了思路。超塑性(superplasticity)指的是，大约在大于0.5熔点的的温度把结晶粒度微小的材料予以拉伸变形时不发生现有材料的塑形变形机制位错、滑移而是发生晶界滑移(grain boundarysliding)并且从而对非常低的变形应力呈现表现出爆发性的延伸率(≥300％)的性质。亦即，在呈现超塑性的变形温度时材料强度较低而韧性(ductility)非常大，因此通过较小的力量就能实现复杂形状的成型或加工。

但是，现有中锰钢的超塑性变形条件具有两个缺点：(1)成形温度相对较高，往往在800℃以上；(2)成形速度较低，往往应变速率在10^-3/s以下。以上两点影响了中锰钢超塑性的工业化应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种低温高应变速率超塑性中锰钢及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种低温高应变速率超塑性中锰钢，中锰钢的化学成分以质量百分比计为：C:0.05～0.15％；Mn:5～8％；Al:0～3％；Nb:0.05～0.15％；V:0.05～0.1％，其余为Fe及不可避免杂质；所述中锰钢具有双相奥氏体和铁素体微观组织，所述双相奥氏体和铁素体微观组织为均匀的等轴奥氏体和铁素体晶粒，所述等轴奥氏体和铁素体晶粒的尺寸均在0.3um以下。

进一步地，所述中锰钢在600℃～750℃的温度范围内，10^-1/s～10^-3/s的应变速率下延伸率大于等于400％。

一种上述低温高应变速率超塑性中锰钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤1冶炼：按成分配比冶炼浇铸获得钢锭；