加工性优良的ＴＲＩＰ／ＴＷＩＰ高强塑性汽车钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种加工性优良的ＴＲＩＰ／ＴＷＩＰ高强塑性汽车钢及制备方法，钢的化学成分的重量百分比为：Ｃ?０．１０％～０．４５％，Ｓｉ≤０．６％，Ｍｎ?１０％～２０％，Ａｌ≤０．３０％，Ｐ≤０．２０％，Ｓ≤０．００５％，Ｒｅ?０．０５％～０．３０％，Ｎ?０．００４％～０．０５％，Ｎｂ≤０．１％，余量为Ｆｅ和不可避免杂质。方法为：采用真空冶炼、浇铸温度１４５０℃～１５５０℃，浇注成坯；铸坯加热温度１１５０～１２５０℃，保温３０～６０ｍｉｎ，开轧温度１１５０～７００℃，终轧温度８５０～６００℃，轧后钢板水淬，冷却速率≥３０℃／ｓ；热轧板经４０％～８０％的压下率冷轧成厚度为０．８ｍｍ～２．０ｍｍ的钢板；在６００～１０００℃的静态炉中对冷轧带材进行热处理，保温３～１０ｍｉｎ，以≥２０℃／ｓ冷速快冷或水淬至室温。本发明专利技术在优选的成分下，控制热轧和热处理工艺可以获得具有一定组分配比的组织结构，充分利用ＴＲＩＰ效应的高强度和ＴＷＩＰ效应的高塑性特性，将两种效应有机结合在一起，获得具有ＴＲＩＰ和ＴＷＩＰ效应综合性能优良的钢板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特殊钢热处理加工
，涉及一种加工性良好、同时具有TRIP和 TWIP两种效应的高强度、高塑性汽车用薄钢板及其制备方法。
技术介绍
现代汽车结构、性能和技术的重要发展方向是减重、节能、降低排放和提高安全 性。随着冶金工业的发展，先后开发了 DP和TRIP钢，对汽车工业的发展起到了有力的推动 作用。TWIP钢的研制开发更是钢材在强度和延展性综合性能上的一次重大突破，它不仅具 有很高的强度和成型性，还具有很好的吸收撞击能量的能力，作为汽车用钢在性能上具有 明显的优势，成为新一代延性高强钢的发展方向。但传统TWIP钢是在哈德菲尔(Hadfield)钢的基础上演变而来，其加工性能很 差，主要原因为(1)超高含量的Mn元素(>20%)降低了钢的导热率，且自由线收缩值 (2. 4% 3. 0% )是普通碳钢的2 3倍，导致钢的铸态组织粗大，原始铸坯/锭表面易产 生热裂纹，热轧后裂纹加剧。⑵由于钢中含有大量的Mn元素，铸造时可能造成钢中成分偏 析以及S和P元素在晶界偏聚，弱化晶界，同时大量脆性碳化物(M23C6、M5C2)的析出使TWIP 钢在热轧过程中极易产生沿晶裂纹。(3)高Mn钢固有的高加工硬化速率，导致轧制变形抗 力较高，增加了轧机负荷，使其难以冷加工成形。随着高锰钢生产技术的发展，在Hadfield钢的基础上，发展了以添加高Si、高Al 和Ni、V、Ti、Cr等合金元素获得具有奥氏体结构的TWIP钢。如专利公开号为CN 101215672A 和CN 101235464A的两个中国专利中，受到超高锰(彡20%)和高硅、高铝(彡2%)的 限制，热轧TWIP钢板的制备采用铸锭、热锻，以改善热轧板料的表面缺陷。然而热锻工序 必须离线进行，既破坏了生产的连续性又增加了生产成本。而公开号CN 101066503A和 CN 101084073A的两个德国专利中，为了避免轧制缺陷的发生，采用了 DSC(Direct Strip Casting)的钢带连铸工艺来进行铸造带材的制备，经冷轧后获得TWIP薄钢板。但DSC技 术在实际工业生产中存在性能稳定性差和高成本等明显的劣势。荷兰克里斯塔尔公司的 PCT/EP2006/001034专利中，薄钢带的退火时间长达4小时，极大的制约了连续生产进程。 韩国PCT/KR2007/006780专利中分别采用的是中高C(彡0. 6% )、高Al (彡1. 4% )合金 体系，较高的碳当量和高Al成分降低了可焊性，也增加了连铸工序的难度。ARCEL0R与 THYSSENKRUPP共同申请的专利PCT/IB2007/001866，在中高C( ^ 0. 6% )的基础上添加了 部分Ni、Nb、Mo、V等微合金元素，一定程度上增加了产品成本。现有TWIP钢技术中，针对TWIP效应进行了钢种成分和工艺设计，其抗拉强度未能 达到超高强(》900MPa)要求；而具有TRIP效应的冷轧汽车钢板其强度虽高，但塑性偏低 (彡30% )。具有TRIP/TWIP综合效应的汽车用钢专利技术尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有低成本及良好冷、热轧成形性，并同时具有TRIP和TWIP效应的高强塑性汽车用薄钢板及其制备方法，以便降低车体重量，实现燃油经济性 和降低废气排放造成的环境污染。本专利技术的目的是这样实现的一种加工性优良的TRIP/TWIP高强塑性汽车 钢，其化学组成以重量百分比计为C 0. 10% 0.45%，Si彡0.6%，Mn 10% 20%， Al ^ 0. 30 %, P ^ 0. 20 %, S ^ 0. 005 %, Re 0. 05 % 0. 30 %，N 0. 004 % 0. 05 %， Nb ( 0. 1%，余量为Fe和不可避免杂质。各化学元素在钢中的作用如下C 有利于专利技术钢获得所需的强度指标；增加奥氏体的稳定性，以避免Mn降低后所 引起的奥氏体稳定性的过度降低，在钢中保持中(低)C，抑制铁素体及马氏体的过早形 成，因此，优选的C含量为0. 10% 0. 45%。Mn 与现有技术相比，专利技术钢在设计成分中大大降低了 Mn含量，降低了铸坯凝固 过程中的微观偏析、轧制缺陷产生机会和加工硬化率过高造成的轧制困难。当Mn含量超 过20%时，其TWIP效应强烈，不利于高强度的获得；如Mn含量低于10%，则完全由表现为 TRIP效应，不利于材料获得高塑性。因此Mn的合适范围在10% 20%之间。Si的加入有利于强度的提高和适量的轻质化；一定量的N、P和Nb，其中N、P的存在，不仅提高了奥氏体的稳定性而且促进强度 的提高，C、N与Nb还可以产生细晶强化作用。生产具有上述化学组成的加工性优良的TRIP/TWIP高性能汽车钢，其特征在于具 有以下工艺步骤1)采用真空冶炼、浇铸温度控制在1450°C 1550°C之间，浇注成坯。2)将具有上述成分的铸坯热轧，加热温度1150°C 1250°C，保温30 60min，开 轧温度1150°C 700°C，其终轧温度850°C 600°C，轧后钢板水淬(冷却速率彡30°C /s)。3)热轧板经40% 80%的压下率冷轧成厚度为0. 8mm 2. Omm的冷轧薄钢板。4)在600°C 1000°C范围内的静态炉中对冷轧带材进行热处理，保温3 lOmin， 以彡200C /s冷速快冷或水淬至室温。本专利技术具有加工性优良的TRIP/TWIP高强塑性汽车钢，经过以上化学成分组合及 制备工艺所获得的带材具有以下组织特征1)热轧钢板显微组织包含彡85% (Vol% )的奥氏体、彡15% (Vol% )的铁素体 及渗碳体。2)热处理后的钢板显微组织包含彡60% (Vol% )的退火孪晶奥氏体，^ 40% (Vol% )的铁素体。3)单向拉伸变形后的组织包含彡30 % (Vol % )的形变孪晶奥氏体，彡70 % (Vol% )的铁素体(BCC)+马氏体(BCC)+极少量ε马氏体(HCP)。本专利技术将合金成分设计、冶炼、轧制和热处理工艺相结合，获得具有一定数量原始 组织为部分亚稳态奥氏体的钢板，利用亚稳态奥氏体在塑性变形中部分发生相变，转变为 ε+α马氏体，即TRIP效应；而以退火孪晶形态存在的稳定奥氏体通过应变诱发产生形变 孪晶，即发生TWIP效应，获得具有TRIP/TWIP双重效应的高强度、高塑性汽车用钢。随着热 处理温度的提高，钢中奥氏体的稳定性提高，在塑性变形过程中奥氏体向ε马氏体(HCP) 和α马氏体(BCC)的转变量减小，即相变后剩余的残余奥氏体较多即Vrce较高，单向拉伸 后的力学性能表现为强度有所降低而塑性较高，加工硬化指数稍低；反之亦然。由于高锰钢的熔点较低，铸坯要避免高温快速加热，采用较低速率的均勻升温。为 减少脆性相(M23C6、M5C2、M3P)和/或析出物的产生，按照化学成分的不同，其终轧温度保证 在850°C 600°C之间，轧后快速冷却(彡300C /s)，避开了相变温度区间，获得具有大量残 余奥氏体的热轧态组织，其目的是降低冷轧变形抗力。热轧过程中对脆性相和大量析出物 的抑制，将有效改善钢的强塑性、可加工性、表面质量和焊接性。本专利技术加工性良好的高强塑性TRIP/TWIP钢具有如下性能特征1)抗拉强度(Rm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工性优良的ＴＲＩＰ／ＴＷＩＰ高强塑性汽车钢，其特征在于化学成分的重量百分比为：Ｃ　０．１０％～０．４５％，Ｓｉ≤０．６％，Ｍｎ　１０％～２０％，Ａｌ≤０．３０％，Ｐ≤０．２０％，Ｓ≤０．００５％，Ｒｅ　０．０５％～０．３０％，Ｎ　０．００４％～０．０５％，Ｎｂ≤０．１％，余量为Ｆｅ和不可避免杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严玲，刘仁东，孙建伦，郭金宇，王科强，孟贝，徐鑫，林利，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]