專利名稱：：一種輕質、高性能孿晶誘導塑性鋼及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于金屬材料
技術領域：
，尤其涉及一種具有孿晶誘導塑性的輕質、高強度和冷成形性的薄鋼板及其制備方法。技術背景環保和節能日益成為汽車工業發展的主導因素，減輕車重成為汽車發展的重要方向，為滿足在安全性和舒適度的要求，又會增加汽車附件，引起車重增加。為了解決這些矛盾，滿足各方面要求，幾十年來，人們不斷追求鋼材強度和延展性的平衡，在車體部件采用高強度和超高強度鋼板己經成為現代汽車用鋼的發展趨勢，用高強度鋼(HSS)來替代軟鋼，先后開發了車體用DP鋼和TRIP鋼，用于汽車保險杠、底盤，結構件及加強件，車門、罩殼等。但仍需一種具有輕質、高成形性和高吸收能的材料以更好的實現降低能耗、減輕溫室效應和滿足高碰撞安全性的要求。高錳奧氏體合金鋼將可能成為新一代高延展性、高強度和高吸收能汽車用鋼的代表。長期以來具有高強度的奧氏體鋼已為人們所公知，例如包含錳(11%14%)和碳(1.1%1.4%)作為其主要合金化元素的哈德菲爾(Hadfield)鋼。這種鋼將高韌性和合理的延展性、高的加工硬化能力、良好的耐磨性相結合。然而，該鋼的鑄態組織粗大、含有大量的脆性碳化物，其熱加工成形性能很差；而且高的加工硬化速率，使其難于機械加工。隨著高錳鋼生產技術的發展，在Hadfield鋼的基礎上，發展了以添加高Si、高Al和Ni、V、Ti、Cr等合金元素獲得具有奧氏體結構的高錳鋼。3公開號為CN101065503A，名為"具有TWIP性能的高強度鋼帶或薄鋼板以及通過鋼帶連鑄制備它的方法"和公開號為CN101084073A,名為"由輕型結構鋼生產熱軋帶材的方法"的兩項專利，公開了采用鋼帶連鑄(DSC)工藝結合熱軋、冷軋制備出復合添加高硅、高鋁及Ni、Cr、V、Ti和Nb等合金元素的TWIP鋼。但鋁是一種鐵素體穩定化元素，具有提高層錯能(SFE)、降低奧氏體穩定性的作用，將破壞由于應變誘導孿晶效應所產生的高強度和高塑性，因此，鋁的添加對奧氏體穩定性的影響，必須通過錳或其它奧氏體穩定化元素(如Ni等)來補償，這將提高鋼的成本；同時鋁的易氧化又使冶煉和澆鑄中夾雜物的控制難度加大，降低鋼質純凈度，對強塑性產生不利影響。當硅的加入量過多時，會使鑄造材料產生較多的復合脫氧產物，惡化其鑄態性能；并且在熱軋帶材表面出現粘性的氧化硅，降低涂鍍性。含有高硅、高鋁的孿晶誘導塑性鋼其熱加工性很差，熱軋往往會出現嚴重的邊裂，降低材料的利用率。Ni、Cr等合金元素的加入雖在一定程度上可以改善材料加工和部分力學性能，但其生產的經濟性卻大大降低。在公開號為CN101111622A，名為"具有高的強度和可成形性的奧氏體鋼，制造所述鋼的方法及其應用"的專利中，為使冷軋薄板達到性能要求，需要采用長達4小時以上的分批退火，既增加能源消耗、提高生產成本，又大大降低了生產效率、延長產品生產周期。
發明內容本發明的目的在于克服上述現有技術中所存在的不足，提供一種能夠以經濟方式制造的具有高強度和良好成形性的孿晶誘導塑性鋼。本發明是這樣實現的該輕質、高性能孿晶誘導塑性鋼的化學組成以重量百分比計為C0.30%0.80%，Si《0.4°/。，Mn15°/。25%，Al《0.05%,P0.04%0.16%，Re0.10%0.30%，N0.01%0.02%，余量為Fe及不可避免的雜質。本發明孿晶誘導塑性鋼的顯微組織以奧氏體為主，其體積分數》80%，其余為馬氏體及鐵素體。與傳統的哈德菲爾(Hadfidd)鋼相比，本發明極大地降低了碳含量，以抑制e—馬氏體的形成，在保證奧氏體具有高穩定性的同時，減少脆性相和/或析出物的產生傾向，有效改善鋼的可焊性。本發明利用適量的Mn來降低層錯能和臨界轉變溫度，提高奧氏體的穩定性；無需添加Si、Al，可提高鋼板表面質量、可焊接和可鍍性；適量的N和少量的P有助于提高強度和奧氏體的穩定性。本發明孿晶誘導塑性鋼的制備方法包括以下工藝步驟1)采用真空冶煉、出鋼溫度控制在14501550°C，澆注成錠料，以獲得具有大量等軸晶結構的鑄態組織；2)將具有上述成分的鑄錠熱軋，開軋溫度控制在115070(TC，終軋溫度為^550'C，軋后鋼板空冷或水淬；再經40%80%的壓下量，冷軋成厚度為0.5mm3.0mm的鋼板；3)在6001000'C的靜態爐中對冷軋帶材進行退火處理，等溫保持0.520分鐘，然后以520°C/s冷卻/或水淬冷至室溫。本發明鋼經過如上熱處理后，可獲得具有連續屈服、低屈強比的TWIP鋼，其抗拉強度可以達到7001200MPa或以上，斷裂延伸率達到30%60%或以上，加工硬化指數n達到0.30.49。本發明通過特殊的成分設計、控制澆鑄工藝，改善鑄態組織，實現高錳鋼的直接熱軋、冷軋成形，并結合適當的熱處理工藝，得到原始組織為穩定奧氏體的鋼板，利用在塑性變形中形成大量層錯和形變孿晶，即發生TWIP效應，延緩頸縮的產生，得到較大的均勻延伸；而合金元素的固溶強化和形變孿晶組織的細晶強化則使材料具有高強度，從而獲得強塑積大于40000MPaQ/。的綜合性能優良的TWIP鋼。本發明的有益效果是1.通過控制鋼液靜置時間、出鋼溫度，有效減少了復合脫氧產物的形成；加入適量的Re元素，阻止柱狀晶發展、提高鋼液的流動性和潤濕性、改善夾雜物形態；合理控制澆鑄工藝，降低成分偏析并獲得具有等軸細晶結構的鑄態組織，改善其熱加工塑性，避免了高錳鋼變形能力差而導致的加工斷裂問題。2.在優選的成分下，材料可以在較寬泛的溫度區間獲得具有高穩定性的奧氏體結構，對熱軋溫度控制范圍加大，有利于TWIP效應的發揮。3.與現有技術CN101065503A專利相比，無硅、鋁和貴重合金的加入，降低了材料成本；降低非金屬夾雜物產生和聚集、提高鋼質純凈度；鑄錠直接熱軋成形，組織致密度高，且熱軋工藝控制寬泛，防止高硅、鋁含量對熱加工塑性的影響，有效避免熱軋坯料缺陷的產生。4.與現有技術CN101111622A專利相比，無需長時間退火，且通過不同熱處理溫度可獲得不同強塑性的TWIP鋼，滿足不同構件的使用要求，實現了能源和資源的有效利用。具體實施例方式下面通過實施例對本發明做進一步的描述。本發明實施例輕質、高性能孿晶誘導塑性鋼的制備工藝包括真空冶煉(澆鑄溫度14501550°C)、鑄錠、115070(TC熱軋、終軋溫度^550°C、軋后空冷或水冷，再以40%80%壓下量冷軋至一定厚度，最后經過6001000'C的熱處理，即得到不同級別的高性能孿晶誘導塑性鋼。實施例l本發明實施例1所用具有良好成形性能的高強度孿晶誘導塑性鋼板的化學組成見表l。其制備工藝過程如下將具有上述組成的鋼錠經熱軋、43%壓下率的冷軋，制成厚度為62.4mm的鋼板；在熱處理爐內將鋼板加熱到600卯0。C，等溫6001200s，隨后以102(TC/s冷卻至室溫，即得到具有良好強塑性和高成形性的TWIP鋼板。經檢測，熱處理后鋼板的顯微組織相對量為奧氏體80%90%,馬氏體010%，余量為鐵素體。熱處理后鋼板的各項力學性能值見表2。由表2可見，采用本發明方法得到的具有良好成形性能的高強度TWIP鋼板的抗拉強度最高達到880MPa，其延伸率達到59%，n值達到0.39，其TWIP效應相對弱些。采用本成分和生產工藝可以滿足700MPa(或以上)鋼級結構件的使用要求。實施例2本發明實施例2所用具有良好成形性能的高強度孿晶誘導塑性鋼板的化學組成見表l。其制備工藝過程如下將具有上述組成的鋼錠經熱軋、57%壓下率冷軋成厚度為1.9mm的鋼板；在熱處理爐內將鋼板加熱到70090(TC，等溫6001200s，隨后以1015°C/s冷卻至室溫，即得到具有良好強塑性和高成形性的TWIP鋼板。經檢測，熱處理后鋼板的顯微組織相對量為奧氏體90%100%，馬氏體+鐵素體010%。熱處理后鋼板的各項力學性能值見表2。由表2可見，采用本發明方法可以獲得具有強烈TWIP效應的高強度孿晶誘導塑性鋼板，并且具備良好的成形性能，其抗拉強度最高達到1100MPa，其延伸率最大為62.5%,n值達到0.495。實施例3本發明實施例3所用具有良好成形性能的高強度孿晶誘導塑性鋼板的化學組成見表l。其制備工藝過程如下將具有上述組成的鋼錠經熱軋、50%壓下率冷軋成厚度為2.0mm的7鋼板；在熱處理爐內將鋼板加熱到60090(TC，等溫6001200s，隨后以520°C/s冷卻至室溫，即得到具有良好強塑性和高成形性的TWIP鋼板。經檢測，熱處理后鋼板的顯微組織相對量為奧氏體85%95%，馬氏體+鐵素體5%15%。熱處理后鋼板的各項力學性能值見表2。由表2可見，采用本發明方法得到的具有良好成形性能的高強度TWIP鋼板的抗拉強度最高達到990MPa，其延伸率達到60%，n值達到0.46。采用本成分和生產工藝可以滿足900MPa(或以上)鋼級結構件的使用要求。實施例4本發明實施例4所用具有良好成形性能的高強度孿晶誘導塑性鋼板的化學組成見表l。其制備工藝過程如下將具有上述組成的鋼錠經熱軋、65%壓下率冷軋成厚度為1.2mm的鋼板；在熱處理爐內將鋼板加熱到600100(TC，等溫300600s，隨后水淬冷卻至室溫，即得到具有良好強塑性和高成形性的TWIP鋼板。經檢測，熱處理后鋼板的顯微組織相對量為奧氏體95°/。100%,馬氏體+鐵素體05%。熱處理后鋼板的各項力學性能值見表2。由表2可見，采用本發明方法可得到具有良好成形性能的高強度TWIP鋼板，當抗拉強度達到1100MPa時，其延伸率達到35%以上，相應的n值達到0.40，具有較低的屈強比(0.47)和較強的TWIP效應。實施例5本發明實施例5所用具有良好成形性能的高強度孿晶誘導塑性鋼板的化學組成見表l。其制備工藝過程如下將具有上述組成的鋼錠經熱軋、40%壓下率冷軋成厚度為2.0mm的鋼板；在熱處理爐內將鋼板加熱到600900。C，等溫6001200s，隨后水淬冷卻至室溫，即得到具有良好強塑性和高成形性的TWIP鋼板。經檢測，熱處理后鋼板的顯微組織相對量為奧氏體的體積分數為80%或以上，馬氏體+鐵素體020%。熱處理后鋼板的各項力學性能值見表2。由表2可見，采用本發明方法得到的具有良好成形性能的高強度TWIP鋼板的抗拉強度最高達到1200MPa，其延伸率達到30%以上，可以滿足lOOOMPa(或以上)超高強度級別結構件的沖壓要求。試驗表明，采用本發明方法制備的TWIP鋼，通過成分和熱處理工藝調整可以具有非常寬泛、優良的性能區間，其高強度(抗拉強度為7001200MPa)、高的均勻延伸率(30%60%)、高加工硬化性(n》0.4)、低屈強比(<0.5)和高沖擊吸收能，保證了材料可以滿足不同部位構件的成形和使用要求，成為新一代汽車結構用鋼的優選鋼種。表1本發明實施例TWIP鋼的成分(vrt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2本發明實施例TWIP鋼板熱處理后的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1.一種輕質、高性能孿晶誘導塑性鋼，其特征在于該鋼的化學組成以重量百分比計為C0.30％～0.80％，Si≤0.4％，Mn15％～25％，Al≤0.05％，P0.04％～0.16％，Re0.10％～0.30％，N0.01％～0.02％，余量為Fe及不可避免的雜質。2.根據權利要求l所述的孿晶誘導塑性鋼，其特征在于該鋼的顯微組織以奧氏體為主，其體積分數》80%，其余為馬氏體及鐵素體。3.—種權利要求1或2所述的孿晶誘導塑性鋼的制備方法，其特征在于具有以下工藝步驟-1)采用真空冶煉、出鋼溫度控制在14501550°C，澆注成錠料；2)將鑄錠熱軋，開軋溫度1150700。C,終軋溫度^550。C，軋后鋼板空冷或水淬；再經40%80%的壓下量，冷軋成厚度為0.5mm3.0mm的鋼板；3)在600100(TC的靜態爐中對冷軋帶材進行退火處理，等溫保持0.520分鐘，然后以520°C/s冷卻/或水淬冷至室溫。全文摘要本發明提供一種輕質、高性能孿晶誘導塑性鋼，其化學組成C0.30％～0.80％，Si≤0.4％，Mn15％～25％，Al≤0.05％，P0.04％～0.16％，Re0.10％～0.30％，N0.01％～0.02％，余量為Fe。其制備方法1)采用真空冶煉、出鋼溫度1450～1550℃；2)將鑄錠熱軋，開軋溫度1150～700℃，終軋溫度≥550℃；冷軋壓下量40％～80％；3)600～1000℃退火處理，等溫保持0.5～20分鐘后5～20℃/s冷卻至室溫。本發明通過成分設計，控制澆鑄，直接熱軋，冷軋成形，并結合熱處理工藝，獲得強塑積大于40000MPa％的高性能TWIP鋼。本發明無硅、鋁和貴重合金的加入，成本低，純凈度高，可避免熱軋坯料缺陷；通過不同的熱處理制度獲得不同強塑性的TWIP鋼，可實現能源和資源的有效利用。文檔編號C22C38/06GK101660086SQ200810012979公開日2010年3月3日申請日期2008年8月25日優先權日2008年8月25日發明者玲嚴,劉仁東,孫建倫,貝孟,敖列哥,旭王,王科強,郭金宇申請人:鞍鋼股份有限公司