本發明涉及一種高性能馬氏體奧氏體雙相鋼及其制備方法，具體涉及一種含有馬氏體奧氏體納米級雙相鋼及其制備方法，屬于金屬材料領域。
背景技術：
眾所周知，鋼鐵產業發展需要調整鋼材產品結構。中國是鋼鐵大國，我國的粗鋼產量約占世界粗鋼產量的46%；但自主創新能力弱，缺乏有技術競爭力的鋼鐵材料，大多數鋼鐵企業生產的鋼材產品雷同。現在，我國生產的大多數鋼鐵材料技術都源自其它工業化國家，特別是一些新型的鋼鐵材料，如：建筑用鋼高強度鋼、汽車用dp鋼和trip鋼、能源用t/p91鋼和t/p92鋼等。因此，在這種形勢下，鋼鐵企業對創新技術的追求在增長，我國鋼鐵行業擔負著通過技術研發提高產品市場競爭力的重任。但是，中國鋼鐵工業的產品結構始終困擾著中國鋼鐵業的發展。從數量和品種質量來講，我國鋼鐵工業還不能滿足國民經濟發展的需求。這表明，中國鋼鐵產品結構失衡。這種狀況不利于中國鋼鐵產業乃至中國經濟發展，高端鋼材價格昂貴、附加值高，同時對技術要求較高，在這方面仍是一個軟肋。我們需要持續不斷地開展深入的研究工作，提高自主創新能力，促進高檔鋼材產品的發展以滿足國內需求，調整中低檔鋼材產品的結構。在這種情況下，我們必須從關注擴大用鋼量轉變為最大限度地為建筑設施提供輕質和長壽的鋼材，針對量大面廣的鋼鐵材料，研發高性能、低成本、易加工、高精度、綠色化鋼材，形成自主創新技術，降低能源和礦產資源消耗。高性能化是我國鋼鐵材料未來的發展方向。
q&p鋼是近幾年發展起來的具有較高強度和韌性的第三代汽車用鋼。其基本原理是：含si或（和）al的鋼件先經奧氏體化后淬火至ms~mf（ms為馬氏體轉變開始溫度，mf為馬氏體轉變結束溫度）之間的某一溫度，即形成一定數量的馬氏體和殘余奧氏體，再在該初始淬火溫度或者ms以上某一溫度停留一段時間，使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配，此時馬氏體中的碳含量下降，奧氏體中的碳含量升高，從而使殘余奧氏體富碳且能夠穩定至室溫，最后獲得由馬氏體和殘余奧氏體組成的復合組織，從而獲得較高的強度和韌性，即良好的綜合力學性能。
技術實現要素：
本發明旨在提供一種不僅強度高而且韌性好的納米級復相鋼及其制備方法，且該鋼含有馬氏體奧氏體納米級雙相顯微組織。
本發明提供了一種高性能馬氏體奧氏體雙相鋼，由以下重量百分比的組分組成：
c：0.15-0.38%，
si：1.6-2.8%，
mn：1.8-2.7%，
cr：0.6-1.5%，
al：2.5-3.8%，
s：≤0.01%，
p：≤0.01%，
其余為fe。
其中cr和al的加入可增加臨界區退火時奧氏體中的碳含量而降低該奧氏體的ms溫度（馬氏體轉變溫度）至較低溫度。
進一步地，所述的高性能馬氏體奧氏體雙相鋼，由以下重量百分比的組分組成：
c：0.19-0.25%，si：2.0-2.7%，mn：1.8-2.2%，cr：1.1-1.5%，al：2.5-3.1%，s：≤0.01%，p：≤0.01%，其余為fe。
所述的高性能馬氏體奧氏體雙相鋼，其抗拉強度rm為1346~1366mpa，屈服強度rp0.2為828~852mpa，總延伸率為12.3~13.1%。
本發明提供了一種高性能馬氏體奧氏體雙相鋼的制備方法，主要包括以下步驟：
第一步，首先將原料鋼迅速加熱到奧氏體化溫度以上20℃，等溫5-30min，使其充分奧氏體化；
第二步，以50-100℃/s的速度快速淬火到馬氏體轉化溫度以下10℃，停留時間為5-10s；
第三步，然后在（ms-10）~（ms+10）溫度之間以0.2-1.0℃/min的速度進行升溫，且進行持續升溫碳分配，持續時間為10-100min，使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配，此時馬氏體中的碳含量下降，奧氏體中的碳含量升高；
第四步，最后再淬火到室溫，在室溫獲得穩定馬氏體和殘余奧氏體的雙相組織。
所述原料鋼，其基體組織需選擇馬氏體組織，該馬氏體組織應該以含有高密度位錯的細板條馬氏體為主。
本發明提供了一種滿足大規模生產的高強韌性復相鋼及其熱處理方法，采用上述技術方案，利用淬火、持續升溫碳分配、淬火的方法，獲得了雙相鋼組織。本發明與傳統碳分配工藝相比，通過持續慢速升溫以及新的合金與相變設計實現在等溫過程中發生碳分配，該技術可在較大尺寸產品生產中保證工藝穩定性與組織強韌性，且更適合工業化大生產。
本發明首先要保證鋼的高強度，其基體組織需選擇馬氏體組織，該馬氏體組織應該以含有高密度位錯的細板條馬氏體為主。其次，通過先進熱處理工藝即持續升溫碳分配的工藝來使馬氏體板條間要存在有殘余奧氏體薄膜。最終獲得含有位錯型馬氏體和殘余奧氏體的雙相復合組織。所制備鋼的韌性得到了較大的提高且保持了較高的強度。其高強度來源于馬氏體和復合組織的細晶強化與位錯強化，良好的塑性來源于組織中存在適量的殘余奧氏體和初始淬火馬氏體組織的軟化。
具體實施方式
下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限于以下實施例。
實施例1
本發明實施例鋼的組分及重量百分比含量為：c：0.19%，si：2.1%，mn：1.8%，cr:1.5%，al：2.5%，s:0.006%，p:0.007%，其余為fe。
首先將鋼迅速加熱到奧氏體化溫度900℃，等溫10min，使其充分奧氏體化；再以90℃/s的速度快速淬火到370℃，停留時間為5s；然后在390℃以0.2℃/min的速度進行升溫，且進行持續升溫碳分配，持續時間為50min；使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配，此時馬氏體中的碳含量下降，奧氏體中的碳含量升高；最后再淬火到室溫，在室溫獲得穩定馬氏體和殘余奧氏體的雙相組織。
根據gb/t228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》檢驗所得復相鋼產品，拉伸實驗在zwickt1-fr020tna50標準拉伸實驗機上進行。經測試，鋼的抗拉強度rm為1346mpa，屈服強度rp0.2為828mpa，總延伸率為13.1%。
實施例2
本發明實施例鋼的組分及重量百分比含量為：c：0.22%，si：1.6%，mn：2.6%，cr：0.8%，al：2.9%，s：0.006%，p：0.008%，其余為fe。
首先將鋼迅速加熱到奧氏體化溫度950℃，等溫15min，使其充分奧氏體化；再以50℃/s的速度快速淬火到365℃，停留時間為7s；然后在385℃以0.4℃/min的速度進行升溫，且進行持續升溫碳分配，持續時間為60min；最后再淬火到室溫，在室溫獲得穩定馬氏體和殘余奧氏體的雙相組織。
根據gb/t228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》檢驗所得復相鋼產品，拉伸實驗在zwickt1-fr020tna50標準拉伸實驗機上進行。經測試，鋼的抗拉強度rm為1359mpa，屈服強度rp0.2為837mpa，總延伸率為12.9%。
實施例3
本發明實施例鋼的組分及重量百分比含量為：c：0.32%，si:2.6%，mn：2.1%，cr:1.1%，al：3.2%，s：0.007%，p：0.005%，其余為fe。
首先將鋼迅速加熱到奧氏體化溫度1000℃，等溫20min，使其充分奧氏體化；再以70℃/s的速度快速淬火到340℃，停留時間為8s；然后在360℃以0.5℃/min的速度進行升溫，且進行持續升溫碳分配，持續時間為80min；最后再淬火到室溫，在室溫獲得穩定馬氏體和殘余奧氏體的雙相組織。
根據gb/t228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》檢驗所得復相鋼產品，拉伸實驗在zwickt1-fr020tna50標準拉伸實驗機上進行。經測試，鋼的抗拉強度rm為1366mpa，屈服強度rp0.2為852mpa，總延伸率為12.3%。
實施例4
本發明實施例鋼的組分及重量百分比含量為：c：0.38%，si：1.8%，mn：2.7%，cr：1.4%，al：3.8%，s：0.006%，p：0.007%，其余為fe。首先將鋼迅速加熱到奧氏體化溫度1150℃，等溫20min，使其充分奧氏體化；再以80℃/s的速度快速淬火到320℃，停留時間為10s；然后在340℃以0.6℃/min的速度進行升溫，且進行持續升溫碳分配，持續時間為40min；最后再淬火到室溫，在室溫獲得穩定馬氏體和殘余奧氏體的雙相組織。
根據gb/t228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》檢驗所得復相鋼產品，拉伸實驗在zwickt1-fr020tna50標準拉伸實驗機上進行。經測試，鋼的抗拉強度rm為1359mpa，屈服強度rp0.2為843mpa，總延伸率為12.5%。