一種抗延遲斷裂型高強twip鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼，鋼的化學成分重量百分比為：0.65%～0.95%C，Si＜0.4%，15%～20%Mn，P <0.04%，S＜0.02%，0.02%～0.4%Al，0.01%～0.06% N，0.2%～0.4%V，0.001%～0.003%B，余量為Fe。利用添加釩元素與C元素形成細小的碳化釩質(zhì)點，提供足夠數(shù)量的氫陷阱固定鋼中的氫，防止氫脆，從而提高TWIP鋼的抗延遲斷裂能力，并利用VC質(zhì)點進一步提高TWIP鋼的強度。所有成分試驗鋼的抗拉強度均在1000MPa以上。
【專利說明】一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵材料制造領域，具體為一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼。

【背景技術】
[0002] 眾所周知，鋼鐵材料是汽車工業(yè)使用最廣泛的材料。近年來，由于人類生存環(huán)境的 惡化及能源的短缺，迫使汽車工業(yè)向輕量化方向發(fā)展。有研究表明，汽車質(zhì)量每減少1°/。，將 節(jié)省燃油〇. 6%-1. 0%。因此高強鋼已經(jīng)在汽車中大量應用，特別是兼具高強度OlOOOMPa)、 高塑性(延伸率>60%)及更高的吸收能量值的TWIP鋼不僅能夠有效地減少汽車的質(zhì)量，而 且使汽車具有更高的安全性能，日益受到汽車制造商的重視，國內(nèi)外各大知名鋼鐵企業(yè)競 相研發(fā)。
[0003] 目前，進行商業(yè)生產(chǎn)的TWIP鋼為Mn-Si-Al系。TWIP鋼因為Μη含量高(一般在15% 以上），其組織為單一奧氏體，通過孿生發(fā)生塑性形變(即TWIP效應)，因此，TWIP鋼具有高 塑性。同時，由于大量孿生晶體的存在，極大地細化了奧氏體晶粒，根據(jù)動態(tài)霍爾佩奇公式， 使TWIP鋼有較高的抗拉強度。
[0004] TWIP鋼由于其合金含量高，氫脆敏感性強(抗延遲斷裂能力差)，使用前需要進行 去氫處理。即使如此，仍然無法保證TWIP鋼在使用過程中不接觸氫介質(zhì)而發(fā)生氫致開裂破 壞。目前公布的專利中，均沒有提到TWIP鋼抗延遲斷裂能力，也沒有針對氫脆提出具體的 技術措施。各類技術文獻，也沒有提及提高TWIP鋼的抗延遲斷裂能力的技術措施。
[0005] 專利號CN200710178352· 6，"一種銅、鎳合金化的孿晶誘導塑性鋼鐵材料及制備工 藝"采用超低碳、高錳、高鋁、高硅及銅、鎳合金化設計，并沒有解決TWIP鋼氫脆敏感性的技 術措施。而且由于鋁的含量高（2. 5%-3%)，使這種成分的TWIP鋼不適合連鑄生產(chǎn)，成本相對 較高。
[0006] 專利號CN200810012979· 9，"一種輕質(zhì)、高性能孿晶誘導塑性鋼及其制備方法"，盡 管采用低鋁硅的設計方案，但增加了稀土元素的使用，而且沒有專門的提高TWIP鋼抗延遲 斷裂能力的技術方案。因此，使用該種TWIP鋼時仍然有氫致失效的安全風險。
[0007] 專利號CN200810156785· 6，"高強塑積合金鋼及其熱處理工藝"，采用30%的Mn、3% 的鋁、3%的硅的成分設計，不但連鑄困難，也極大地增加了冶煉難度，提高了鋼的成本，并且 也不具備抗氫脆的能力。
[0008] 專利號CN20081〇239893_ X，"一種磷強化的孿晶誘導塑性鋼鐵材料及其制備工 藝"，在髙鋁、硅基礎上加入磷元素以提高TWIP鋼的強度。這種設計效率較低，因為磷是強 化鐵素體最有效的元素，其在奧氏體中有較大的溶解度，強化效果不如在鐵素體中的強化 效果，而且磷容易發(fā)生偏聚，并降低鋼的耐蝕性。
[0009] 在TWIP鋼中加入釩，利用碳化釩質(zhì)點作為氫陷阱來提高TWIP鋼的延遲斷裂能力 并增加強度，并沒檢索到相關專利和其它技術文獻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼，利用添加釩元素與C元 素形成細小的碳化釩質(zhì)點，提供足夠數(shù)量的氫陷阱固定鋼中的氫，防止氫脆，從而提高TWIP 鋼的抗延遲斷裂能力，并利用VC質(zhì)點進一步提高TWIP鋼的強度。
[0011] 本發(fā)明主要內(nèi)容：抗延遲斷裂型高強TWIP鋼成分控制范圍。
[0012] 一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼，鋼的化學成分重量百分比為：〇. 65%?0. 95%C，Si < 0· 4%，15% ?20%Mn，P <0. 04%，S < 0· 02%, 0· 02% ?0· 4%A1，0· 01% ?0. 06% N，0. 2% ? 0. 4%V，0. 001% ?0. 003%B，余量為 Fe。
[0013] C:c元素開啟奧氏體相區(qū)、穩(wěn)定奧氏體最重要的元素，為了獲得TWIP鋼全奧氏體 組織，必須有足夠的C含量。另外，足夠的c含量也是保證VC在奧氏體中析出的必要條件。 但是C含量過高，將增加 TWIP鋼連鑄的難度，并影響TWIP效應，也不利于TWIP鋼的焊接。 因此，本發(fā)明要求C元素含量為0. 65%?0. 95%。
[0014] Μη :Mn是本發(fā)明的最主要的合金元素，決定著產(chǎn)品的力學性能。Μη是擴大奧氏體 相區(qū)最有效的金屬元素，也是保證TWIP鋼獲得全奧氏體的關鍵元素。Μη增加 TWIP鋼的層 錯能，只有足夠量的Μη才能保證TWIP效應而不發(fā)生TRIP效應。另外，Μη也是重要的固溶 強化元素，足夠量的Μη也有助于提高TWIP鋼的強度。考慮到冶煉、連鑄及成本因素，將 Μη 含量設定在15%?20%。
[0015] Si :盡管Si元素是很好的固溶強化元素，也能抑制滲碳體的析出。但隨著Si含量 的增加，會導致鋼板表面質(zhì)量下降，同時Si縮小奧氏體相區(qū)，不利于獲得全奧氏體組織。因 此，本發(fā)明要求Si含量控制在0. 4%以下。
[0016] P :作為有害元素，惡化TWIP鋼的綜合性能，因此將其控制在〇. 04%以下。
[0017] S :S元素是鋼板中的有害元素，本發(fā)明要求S元素控制在0· 02%以下，在〇. 01%以 下更優(yōu)。
[0018] A1 :A1是煉鋼中的脫氧元素，有抑制滲碳體析出的能力。當A1元素低于0.02%時， 脫氧能力不足，但當A1元素含量超過0· 4%時，則會影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。因此本發(fā)明將A1 的含量設計在〇. 02%?0. 4%之間。
[0019] N :N與C 一樣，同為開啟奧氏體相區(qū)的元素，可以提高鋼的耐蝕性，并且有利于V 的析出。但過高的N極大地增加冶煉難度，也會降低B的收得率。為此，本發(fā)明要求N元 素含量控制在0. 01%?0. 06%。
[0020] v :本發(fā)明主要是通過V元素的彌散析出來強化提高TWIP鋼的強度及提供足夠的 氫陷阱來提高TWIP鋼的抗延遲斷裂性能。由于發(fā)明中的c含量高，使V元素可以在奧氏體 中析出?？紤]到強度級別及成本因素，本發(fā)明中的V的優(yōu)選含量為0. 2%?0. 4%。
[0021] B:在常規(guī)鋼中作為提高淬透性元素加入，其機理是B偏聚在奧氏體晶界，提高鐵 素體的形核功，抑制先共析鐵素體析出，從而提高鋼的淬透性。同時B也是強化晶界最有效 的元素。如果B含量超過0. 004%，則會形成粗大的B的化合物，嚴重惡化TWIP鋼的性能，因 此本發(fā)明將B控制在0. 001%?0. 003%。
[0022] 本發(fā)明的抗延遲斷裂型高強TWIP鋼同時適用于熱乳及冷乳產(chǎn)品生產(chǎn)。
[0023]通過微合金化元素 V的加入，形成大量VC質(zhì)點，作為氫陷阱，能夠有效提高TWIP 鋼的抗延遲斷裂(氫脆）性能。含釩0· 2%、0. 3%、0. 4%的TWIP實驗鋼，經(jīng)大變形沖壓成的汽 車零售部件均未發(fā)生延遲斷裂，顯示了較好的抗延遲斷裂性能。熱乳TWIP鋼延伸率八 5。在 60%以上，冷乳退火TWIP鋼A5。在60%以上。
[0024] VC質(zhì)點作為氫陷阱的同時，產(chǎn)生強烈的析出強化作用。B作為晶界強化元素，也有 效地提高了 TWIP鋼的強度。所有成分試驗鋼的抗拉強度均在lOOOMPa以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1熱軋TWIP鋼拉伸曲線；
[0026] 圖2冷軋TWIP鋼拉伸曲線；
[0027] 圖3形變前TWIP鋼組織形態(tài)；
[0028] 圖4形變后TWIP鋼組織形態(tài)；
[0029] 圖5形變前TWIP鋼精細結構；
[0030] 圖6形變后TWIP鋼精細結構；
[0031] 圖7 TWIP鋼大量VC析出；
[0032] 圖8 VC析出相電子衍射譜。

【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明：
[0034] TWIP鋼由轉(zhuǎn)爐冶煉并經(jīng)真空脫氣處理，經(jīng)連鑄工藝生產(chǎn)連鑄坯，鋼水化學成分如 表1所不。
[0035] 表1抗延遲斷裂型高強TWIP鋼化學成分（wt%)
[0036]

【權利要求】
1. 一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼，其特征在于鋼的化學成分重量百分比為：0. 65%? 0· 95%C，Si < 0· 4%，15% ?20%Mn，P〈0· 04%，S < 0· 02%，0· 02% ?0· 4%A1，0· 01% ?0· 06% N，0· 2% ?0· 4%V，0· 001% ?0· 003%B，余量為 Fe。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗延遲斷裂型高強TWIP鋼，其特征在于鋼的抗拉強度在 lOOOMPa以上，熱軋TWIP鋼延伸率A5Q在60%以上，冷軋退火TWIP鋼A5Q在60%以上。
【文檔編號】C22C38/12GK104233059SQ201310244652
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權日:2013年6月19日
【發(fā)明者】徐榮杰, 劉仁東, 郭金宇, 王旭, 王科強, 林利, 孫成錢, 徐鑫, 韓斌 申請人:鞍鋼股份有限公司