CN102212746A

CN102212746A - 强塑积大于65GPa·%的孪晶诱导塑性钢及生产方法

Info

Publication number: CN102212746A
Application number: CN 201110149451
Authority: CN
Inventors: 王立辉; 陈宇; 叶仲超; 彭涛; 钟定忠; 刘吉斌; 林承江; 赵如意
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明涉及孪晶诱导塑性钢及其生产方法。其组分及重量百分比为：C：0.5～0.8％，Mn：19.5～23.5％，Si：0.03～0.3％，Al：0.055～0.3％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；其工艺：冶炼及采用Ar保护铸造成坯；对板坯进行常规加热；进行热轧；常规冷轧；连续退火；冷却；进行平整、精整并待用。本发明具有良好的焊接性，高的强塑积和高的拉延性，在具有高强度和高塑性的同时，还具有高阻尼性和无铁磁性。

Description

强塑积大于65GPa·%的孪晶诱导塑性钢及生产方法

技术领域

本发明涉及孪晶诱导塑性钢及其生产方法，具体属于在冷轧退火状态下，屈服强度在300～400MPa、抗拉强度大于800MPa、延伸率超过60％、应变硬化指数超过0.450、阻尼性能δ在0.08以上、无铁磁性、强塑积大于65GPa·％的低屈强比高强塑积钢及其生产方法。该钢种适用于制造各种汽车车身部件、汽车结构件、加强件、防撞部件、家电产品及特殊用途的产品。

背景技术

从检索的国内外文献看国外主要是以韩国的浦项与德国的蒂森公开了大量汽车用内、外面板、加强部件、抗撞击吸收部件以及其他结构用、尤其是高强度、高塑性以及具有优良涂镀性和加工性等特征的孪晶诱发塑性(TWIP钢)热轧、冷轧及镀层钢板以及具有高强度、高塑性以及优良涂镀性900MPa级孪晶诱发塑性(TWIP钢)热轧板、冷轧板及镀层板交货形式的专利技术。从文献的检索看，HYUNDAI汽车制造公司也公开了一种采用热轧、冷轧工艺，组织为奥氏体结构，不容易产生裂纹和断裂缺陷，具有超高强度的TWIP钢板及制造方法；SALZGITTER FLACHSTAHL公司公开了一种具有优异抗裂纹、延展性、拉伸强度等形变诱导塑性(TRIP)和孪晶诱导塑性(TWIP)轻合金钢板及制造方法。

公开号为CN101090982的中国专利文献，存在成分多，工业控制难度较大，且延伸率较小，为58％。

国内文献：其公开号为CN101215672A的中国专利文献，公开了一种最高强塑积可达40GPa·％、显微组织为奥氏体的TWIP钢板，但其存在的不足：该专利成分含有2～3％的Si，2～4％的Al，给炼钢和轧制带来困难，炼钢会堵塞水口，热轧会出现遍布开裂和表面质量差的问题，同时，要求冷轧后热处理温度1000～1200℃，工业化生产难度大，而且，其抗拉强度不到800MPa，难以满足更高强度要求；还有公开号为CN101235464A，公开了制备微观结构为奥氏体晶粒、屈服强度为300～460MPa、抗拉强度为735～900MPa、延伸率为54.6～83.3％的一种铜、镍合金化的孪晶诱导塑性钢铁材料及制备方法，不足之处：添加了铜和镍微合金化元素，增加了成本。申请号为200810239893.X的专利文献，公开了一种抗拉强度为610～915MPa、屈服强度为225～610MPa、延伸率为45.0～85.5％的一种磷强化的孪晶诱导塑性钢铁材料及其制备工艺，不足之处：添加了0.062～0.2％的磷元素，容易产生磷的晶界偏析，导致钢板产生二次加工脆性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种在满足基本力学性能的前提下，使强塑积大于65GPa·％、阻尼性能δ至少在0.08，并且无铁磁性，以增加汽车主动与被动安全措施，提高汽车结构用钢的质量，显著降低环境噪音污染的强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性钢，其组分及重量百分比为：C：0.5～0.8％，Mn：19.5～23.5％，Si：0.03～0.3％，Al：0.055～0.3％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；其性能要求：屈服强度在300～400MPa，抗拉强度大于800MPa，延伸率超过60％，应变硬化指数大于0.45，阻尼性能δ至少在0.08。

Mn的最佳优选值含量在20.0～21.5％。

C的最佳优选值含量在0.73～0.8％。

生产强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性板的方法，其步骤：

1)冶炼及采用Ar保护铸造成坯；

2)对板坯进行常规加热；

3)进行热轧，控制终轧温度在700～800℃；

4)进行常规冷轧；

5)进行连续退火，其退火温度控制在810～850℃；

6)进行冷却，冷却速度控制在40～50℃/秒；

7)进行平整、精整并待用。

主要元素的作用

本发明采用中C和高Mn的化学成分设计。

C：该元素在本发明中可以稳定奥氏体组织，可以利用固溶体硬化强化基体。C在奥氏体中的固溶度比在铁素体中高的多，为此，本发明采用了中C含量。C含量过低，强度难以保证；C含量过高，塑性和冲击性能会降低，为此，本发明将C含量控制在0.50％～0.80％，最佳在0.73至0.8％范围内。

Mn：锰元素能够使钢板组织保持为奥氏体，奥氏体钢的力学性能主要取决于堆垛层错能，在给定的变形条件下，堆垛层错能只取决于化学成分。堆垛层错能决定着主要的变形机制类型，如滑移、交滑移、不全位错的滑移、孪生变形或应变引起的马氏体转化。形变时一般先发生滑移，当滑移受阻碍时，使金属塑性变形抗力增加，应力集中达到孪生的临界切应力，发生孪生。当晶体在切应力的作用下发生了孪生变形时，晶体的一部分沿一定的孪生面和孪生方向相对于另一部分晶体作均匀的切变，晶体的点阵类型不发生变化，但它使均匀切变区中的晶体取向发生变更，变为与未切变区晶体成镜面对称的取向。变形部分的晶体位向发生改变，可使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，可以进一步激发滑移，从而使内应力松弛，进行滑移。在变形的后期孪生与滑移交替进行的频率提高，孪晶诱导塑性效应起到了至关重要的作用，使本发明材料获得高强度的同时具有高塑性。Mn含量过低，难以保证奥氏体结构，也就难以保证高塑性；Mn含量过高增加材料成本，同时，易形成带状组织，为此，本发明Mn含量控制在19.5％～23.5％。

Si：该元素能强烈降低奥氏体的层错能，Si能够固溶强化奥氏体基体，抑制位错的交滑移。但Si含量高于0.3％时，会给产品带来热轧困难，比如导致材料表面质量差，同时，还会促进材料发生马氏体相变，当低于0.03％时，会产生层错能升高，不利于孪生变形的发生，为此本发明控制Si含量在0.03～0.3％。

Al：该元素虽然可增加奥氏体的层错能问题，但能抑制马氏体相变。为了很好得到奥氏体组织，本发明将Al含量控制在0.055～0.3％。

P、S含量越低越好，避免对本发明的钢铁材料产生裂纹和焊接的不利影响。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)发明材料组织为奥氏体，具有良好的焊接性，传统高强钢因有其它复相组织，导致焊接性能不好。

(2)发明材料高的强塑积和高的拉延性，保证了材料具有极好的能量吸收能力和良好的成形性能，钢材塑韧性极好，安全使用性大大提高，其它高强钢不具备这样高的综合性能。

(3)发明材料依靠孪晶诱导塑性原理，具有高强度和高塑性的同时，还具有高阻尼性，保证了材料具有良好的减震降噪性，这一点远远优于其它冷轧高强钢。

(4)发明材料具有高阻尼和无铁磁性，这一点拓宽了产品应用范围，同时具有良好的减震降噪性和在如海洋等特殊环境的高隐蔽性，这一点其它冷轧退火处理高强钢不具备。

附图说明

图1为本发明拉伸前的透射电镜观察组织图，为奥氏体组织结构

图2为本发明在拉伸后的透射电镜观察组织图，为具有大量形变孪晶亚结构的奥氏体结构。

具体实施方式

下面做进一步描述：

实验条件在50kg真空感应炉或转炉进行冶炼，板坯常规加热到1200℃左右。

表1为本发明各实施例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例的工艺参数取值列表；

其根据生产强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性钢的步骤：

1)采用50kg真空感应炉或转炉冶炼，并采用Ar保护铸造成坯；

2)对板坯进行常规加热到1200℃左右；

3)进行热轧，控制终轧温度在700～800℃；

4)进行常规冷轧；

5)进行连续退火，其退火温度控制在810～850℃；

6)进行冷却，冷却速度控制在40～50℃/秒；

7)进行平整、精整并待用。

表3为本发明各实施例的检测结果统计表。

表1 本发明各实施例的组分取值列表

表2 本发明各实施例的工艺参数取值列表

表3 本发明各实施例的检测结果统计表

从表3可以看出，本发明材料能量吸收强度远远优于其它如DP钢和TRIP钢；强塑积达到65GPa·％，最高达到70GPa·％；

本发明具有高的抗拉强度，其抗断裂能力强，这对于冲压成形用的高强钢尤其重要；具有低的屈服强度、非常高的强塑积和非常高的应变硬化指数，表明材料成形能力好；材料延伸率和应变硬化指数远远高于其它冷轧高强钢，延伸率超过60％。

更主要的是本发明材料具有高的阻尼性和无铁磁性，其应用于家电和汽车产品，具有良好的减震降噪性，同时，本发明还具有良好的焊接性能。

本发明制造的汽车防撞部件优于其它冷轧高强钢的成形性、强度、焊接性能以及良好的能量吸收性能，大大增加了所制造产品的使用安全性和减重节能性。

Claims

1.强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性钢，其组分及重量百分比为：C：0.5～0.8％，Mn：19.5～23.5％，Si：0.03～0.3％，Al：0.055～0.3％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；其性能要求：屈服强度在300～400MPa，抗拉强度大于800MPa，延伸率超过60％，应变硬化指数大于0.450，阻尼性能δ至少在0.08，无铁磁性。

2.如权利要求1所述的强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性钢，其特征在于：Mn的含量在20.0～21.5％。

3.如权利要求1所述的强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性钢，其特征在于：C：0.73～0.8％.

4.生产权利要求1所述的强塑积大于65GPa·％的孪晶诱导塑性板的方法，其步骤：

1)冶炼及采用Ar保护铸造成坯；

2)对板坯进行常规加热；

3)进行热轧，控制终轧温度在700～800℃；

4)进行常规冷轧；

5)进行连续退火，其退火温度控制在810～850℃；

6)进行冷却，冷却速度控制在40～50℃/秒；

7)进行平整、精整并待用。