【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及先进高强钢板制备，具体涉及一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着汽车保有量的持续攀升，环境污染以及汽车废气排放问题日益严峻，使得汽车节能减排刻不容缓。为了应对这一挑战，全球汽车行业致力于实现汽车的轻量化，以降低碳足迹并提升燃油效率。提高汽车钢的强度并降低其密度是实现汽车轻量化的关键途径。在此背景下，先进高强钢(ahss)的研究和应用成为一种趋势，特别是中锰钢，由于其卓越的强度和塑性，成为先进汽车高强钢的研究重点。目前，汽车钢轻量化的研究集中在中锰钢中添加轻质合金元素来降低密度，并改善力学性能，从而减少钢板厚度。
2、在中锰钢中添加al元素可以降低材料的密度，还能显著提升合金的比强度，即在保持轻量化的同时增强材料的强度。此外，al元素的加入还有助于扩大两相区的温度范围，从而促进奥氏体的逆相变和mn的分配过程。因此，中锰fe-mn-al钢展现了显著的潜力与竞争优势，为其在汽车制造行业的广泛应用奠定了基础。然而在关于中锰钢性能进一步提升的研究中发现，传统的轧制和热处理技术很难实现优异的强度-塑性的组合，尤其是屈服强度仍然较低，这限制了中锰钢在高强结构件中的应用。近年来，梯度结构材料凭借其独特的内部结构，能够在多个尺度上提升力学性能，因此被视为一种先进的材料解决方案。研究表明，在材料内部引入梯度结构可以克服材料系统中的强塑性平衡问题，故在中锰钢中引入梯度结构在一定程度上能够实现强度-塑性的优异结合。
3、现有技术1公开了一种汽车用梯度组织结构高铝中锰钢焊接件及其制
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术的缺点、不足，提供了一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢及其制备方法，该方法通过调整中锰钢中al、si元素含量并配合轧制、退火工艺以及搅拌摩擦加工技术，使中锰钢保持厚度方向上呈现多梯度结构的新型微观组织特征，这些多梯度结构包括晶粒尺寸、奥氏体体积以及位错密度呈梯度分布，从而实现轻质以及优异的强韧性相结合。所制备的多梯度结构中锰钢屈服强度在800mpa以上，同时塑性也有略微提高，使中锰钢获得了更优异的强度-塑性组合，强塑积可达50gpa·％级以上，显著提高了中锰钢在汽车制造领域的应用和服役性能。
2、根据本专利技术技术方案的第一方面，提供一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，通过精细调控中锰钢中的mn和c元素含量控制奥氏体的体积分数和稳定性，这为后续梯度结构的形成提供了有利条件。同时，引入al元素不仅减少了超细晶组织对加工硬化能力的影响，还降低了材料的密度，确保了轻量化。通过结合轧制、退火工艺以及搅拌摩擦加工技术，使中锰钢在厚度方向上呈现出多梯度结构的微观组织特征，从而实现轻量化与卓越强韧性相结合的材料性能，
3、其中，所述方法包括如下步骤：
4、s1、按照设计的中锰钢合金成分进行冶炼、浇铸、热轧，得到具备轻质特征的热轧板坯；
5、s2、将热轧板坯进行两相区退火，得到退火板；
6、s3、将退火板酸洗除去表面氧化层后冷轧，得到冷轧板坯；将冷轧板坯进行两相区退火，得到冷轧退火板；
7、s4、将得到的冷轧退火板夹装固定于加工平台上，设定搅拌摩擦加工初始参数以及搅拌摩擦加工过程控制参数，加工得到所述高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢，所述中锰钢厚度方向上具有多梯度结构。
8、进一步地，步骤s1中，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为c:0.1-0.3％，mn:6.2-7.9％，si:1.3-2％，al:2.1-5.2％，余量为fe。这里，提供的中锰钢合金成分在保证轻量化的同时有助于在材料内部制备梯度结构。
9、进一步地，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：c:0.19％，mn:6.78％，si:1.44％，al:2.99％，余量为fe。
10、进一步地，步骤s1中，冶炼浇铸获得钢锭，将钢锭涂覆高温防氧化涂料后加热均匀化处理，然后空冷至室温；将均匀化处理后的钢锭加热至1100-1200℃保温1-2h，再经过多道次热轧，终轧温度不低于900℃，得到具备轻质特征的热轧板坯。
11、进一步地，步骤s1中，均匀化处理工艺参数为：保温温度1200℃，保温时间10h。均匀化处理后的钢锭热处理工艺参数为加热至1200℃保温1h，热轧为6mm厚的板坯，再空冷至室温。
12、进一步地，步骤s2中，将热轧板坯在750-850℃退火1-2h后水冷至室温。步骤s3中，将退火板酸洗除去表面氧化层后，经过多道次冷轧，冷轧总压下率为50％-70％，得到冷轧板坯。将冷轧板坯在750-850℃退火1-2h后水冷至室温。
13、进一步地，步骤s2、s3中，退火工艺参数为：退火温度800℃，保温时间1h。
14、进一步地，步骤s4中，搅拌摩擦加工初始参数包括搅拌头直径、搅拌针直径、搅拌针长度以及倾斜角度，搅拌摩擦加工过程控制参数为搅拌头转速和加工速度。其中，搅拌头直径范围为10-15mm、搅拌针直径范围为4-6mm、搅拌针长度范围1-1.2mm、倾斜角度范围1-3°、轴肩压下量为0.1-0.35mm，搅拌摩擦加工过程控制参数中的搅拌针转速范围为60-150rpm/min、加工速度为100-500mm/min。
15、进一步地，步骤s4中，搅拌摩擦加工参数为：搅拌针转速为80rpm/min，加工速度为100mm/min，搅拌头直径15mm，搅拌针根部直径和头部直径分别为6mm和4mm，搅拌针长度1mm，搅拌头倾斜角为2.5°，轴肩压下量为0.2mm。
16、根据本专利技术技术方案的第二方面，提供一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢，其中，所述中锰钢采用根据以上任一方面所述的制备方法制备获得；
17、其中，所述中锰钢厚度方向上具有晶粒尺寸梯度、位错密度梯度以及相梯度，由于温度场和应力场的共同作用板材表面发生强烈的塑性变形，沿厚度方向形成梯度结构。
18、本专利技术的有益效果为：
19、(1)本专利技术制备的中锰钢变形承受能力强，材料密度低，满足汽车轻量化和高安全性的要求；
20、(2)制备方法简单易行，工艺简单，周期短，所需设备为常规设备，操作简便，应用性强；
21、(3)本专利技术提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C:0.1-0.3％，Mn:6.2-7.9％，Si:1.3-2％，Al:2.1-5.2％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：C:0.19％，Mn:6.78％，Si:1.44％，Al:2.99％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S1中，冶炼浇铸获得钢锭，将所述钢锭涂覆高温防氧化涂料后加热均匀化处理，然后空冷至室温；将均匀化处理后的钢锭加热至1100-1200℃保温1-2h，再经过多道次热轧，终轧温度不低于900℃，得到热轧板坯。
5.根据权利要求4所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S1中，均匀化处理工艺参数为：保温温度1200℃，保
6.根据权利要求1所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述热轧板坯在750-850℃退火1-2h后水冷至室温；步骤S3中，将所述退火板酸洗除去表面氧化层后，经过多道次冷轧，冷轧总压下率为50％-70％，得到冷轧板坯；将冷轧板坯在750-850℃退火1-2h后水冷至室温。
7.根据权利要求6所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S2、S3中，退火工艺参数为：退火温度800℃，保温时间1h。
8.根据权利要求1所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S4中，搅拌摩擦加工初始参数包括搅拌头直径、搅拌针直径、搅拌针长度以及倾斜角度，搅拌摩擦加工过程控制参数为搅拌头转速和加工速度；
9.根据权利要求8所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S4中，搅拌摩擦加工参数为：搅拌针转速为80rpm/min，加工速度为100mm/min，搅拌头直径15mm，搅拌针根部直径和头部直径分别为6mm和4mm，搅拌针长度1mm，搅拌头倾斜角为2.5°，轴肩压下量为0.2mm。
10.一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢，其特征在于，所述中锰钢采用根据权利要求1-9中任一项所述的高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法制备获得，
...【技术特征摘要】
1.一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：c:0.1-0.3％，mn:6.2-7.9％，si:1.3-2％，al:2.1-5.2％，余量为fe。
3.根据权利要求2所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，所述中锰钢的化学成分按质量百分比计为：c:0.19％，mn:6.78％，si:1.44％，al:2.99％，余量为fe。
4.根据权利要求1所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤s1中，冶炼浇铸获得钢锭，将所述钢锭涂覆高温防氧化涂料后加热均匀化处理，然后空冷至室温；将均匀化处理后的钢锭加热至1100-1200℃保温1-2h，再经过多道次热轧，终轧温度不低于900℃，得到热轧板坯。
5.根据权利要求4所述的一种高强塑积多梯度轻质冷轧中锰钢的制备方法，其特征在于，步骤s1中，均匀化处理工艺参数为：保温温度1200℃，保温时间10h；均匀化处理后的钢锭热处理工艺参数为加热至1200℃保温1h，热轧为6mm厚的板坯，再空冷至室温。
6.根据权利要求1所述的一种高...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨永刚，宿泽轩，米振莉，张博睿，李志伟，柳晨岚，左汪楠，宋勇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。