绿色化工技术

本发明涉及一种具有多形貌多尺度奥氏体组织的高强塑积冷轧中锰TRIP钢的制备方法，包括：S1:冶炼及锻造：熔炼得到成分为C：0.15‑0.20％、Mn:7‑9％、Al:1.0‑1.8％、Ce:0.03‑0.08％、P 65GPa·％，接近或优于第二代TWIP钢。

随着汽车工业对安全性、节能和环保要求的不断提高，具有高撞击能量吸收能力(即高强度、高塑性，也被称为“高强塑积”)的材料已成为汽车用钢必然趋势。在第一代汽车用钢的基础上人们开发了第二代汽车用TWIP钢，其强塑积可高达65GPa·％，然而TWIP钢的合金成分一般大于20wt％以上，且其抗拉强度很少能超过1000MPa等级，此外，由于TWIP钢使用大量的合金元素导致其铸造等工艺性能较差，从而限制其应用。中锰TRIP钢的合金元素添加量接近第一代汽车用钢而强塑积有望达到TWIP钢的水平成为第三代汽车用钢典型代表，近年来被国内外汽车界和学者们广泛关注。目前从文献调研来看，中锰TRIP钢强塑积主要介于25-45GPa·％，距TWIP钢的高强塑积水平(最高达65GPa·％)仍有较大差距。因此，有些学者在中锰钢中增加碳或铝含量，在较大范围内起到了提高中锰TRIP钢强塑积的作用。然而，过高的碳含量会对钢板的焊接性能不利；而过高的铝含量将使中锰钢在浇注过程中容易堵塞水口，不利于连铸生产，且其整体添加的合金元素含量较高，无形中提高了成本。因此，如何添加较少合金元素而制备出强塑积大于50GPa·％中锰TRIP钢成为当今该领域科研人员追求的目标。

卢柯院士最新研究成果表明材料具有多尺度、非均匀、多层次耦合的微观组织结构，可以有效解决金属材料强度与塑性倒置关系这一难题。即通过一定技术或手段制备出具有梯度结构材料使材料在时间和空间上发挥其效用，能够更有效抵御材料的时效，并成功应用于纯铜等材料上。利用此理念制备多尺度多形貌的奥氏体组织，使其具有梯度稳定性并在形变过程中逐步有效发挥相变增塑效应的中锰TRIP钢目前仍是空白。

由此可见，虽然中锰TRIP钢具备一定的高强度与较好的塑性，然而，其强塑积与第二代汽车钢板仍有较大差距，严重阻碍了汽车进一步轻量化的进程。而如何在碳、铝含量不高的情况下，进一步提高中锰TRIP钢的强度和塑性，使其达到甚至优于TWIP钢水平，是当今该领域科研人员所亟待解决的问题。

本发明的有益效果是：

 (1)本发明的制备方法最主要的创新之处在于，热轧后进行退火处理，且控制冷轧的变形量不超过55％，目的是在退火前保留一定量的残余奥氏体，其含量约为10-15％，而在退火过程中由于逆转变形成的奥氏体与原残留奥氏体晶粒形核与长大时间不同(残余奥氏体不经历形核)，且退火过程中C、Mn元素在不同相之间的配分速率与时间亦有所不同，最终形成多形貌多尺度的奥氏体与铁素体组织。此外，为了不使残余奥氏体在退火过程中异常长大，在钢中添加微合金元素Ce，稀土Ce元素具有细化晶粒并提高钢质纯净度、增强钢中奥氏体整体稳定性的作用，因此借助Ce的添加达到防止残余奥氏体异常长大而影响钢的性能，最终在中锰TRIP钢中形成具有不同形貌、不同尺寸(由不同尺寸级配的晶粒组成)的奥氏体组织(与目前文献中报道的等轴晶粒有所不同)，使制备出的中锰TRIP钢中奥氏体组织存在一定的稳定性梯度，进而在变形过程中在较大的应变范围内发生TRIP效应，表现出高强度和高塑性。

此外，微量合金元素Ce在退火过程中极易分布在晶界、位错等缺陷部位，对钢中C、Mn元素的扩散起到调节作用，在一定程度上对奥氏体形核、长大起到调节作用，进而在一定程度上促进了多种不同尺寸、形貌、不同稳定性奥氏体的形成。

 (2)本发明方法制备的中锰TRIP钢，其C含量和Al含量都较低，C不超过0.20wt％，Al为1.50wt％左右，锰含量适中7-9wt％，钢板具有优异的焊接性，且制造工艺性能较好。

(3)根据EBSD分析与TEM微观组织分析结果，本发明制备的中锰TRIP钢制备过程中除了添加微量Ce作为重要调节手段之外，并配合小变形量冷轧+两相区快速退火工艺，制备出含有多形貌、多尺寸的具有一定梯度稳定性奥氏体组织的冷轧中锰TRIP钢，其中奥氏体的微观组织形貌有块状、条状、片状及小颗粒状。