[發明專利]超高強度高塑性低碳相變與孿晶誘發塑性熱軋鋼板及制法

有效

• 申請號: 201110265205.9
• 申請日: 2011-09-08
• 公開（公告）號: CN102296232A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 付立銘;單愛黨
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;C22C38/14;C22C33/04;C21D8/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明屬于高強度高塑性的熱軋鋼技術領域，尤其是涉及到一種具有超高強度、高塑性的低碳TRIP/TWIP(TRIP與TWIP分別為Transformation?Induced?Plasticity(相變誘發塑性)與Twinning?Induced?Plasticity(孿晶誘發塑性)的簡稱)熱軋鋼板及其生產方法。

背景技術

高錳TRIP鋼與TWIP鋼作為極具潛力的新一代兩種典型的高強韌性鋼，近些年受到廣泛重視。這兩種鋼都展現了良好的綜合力學性能，其共同的突出特點就是具有很高的強塑積(抗拉強度和延伸率的乘積)，因此具有很強吸收撞擊能量的能力，能夠廣泛用于工程機械和高附加值的汽車工業等領域。

通常，鋼鐵材料的強度和塑性一直是相互矛盾的，一般強度的提升，塑性都會有所下降。強度和塑性綜合性能的提高一直是材料工作者追求的目標。TRIP鋼在拉伸時，高應變應力區的殘余奧氏體通過應變或應力誘發馬氏體相變，延遲鋼的頸縮，進而保證鋼的高強度的同時，提高了鋼的塑性。通過調整成分配比，并結合一定的工藝，控制鐵素體、貝氏體或者馬氏體以及殘余奧氏體組織的體積分數比，可以獲得較高強度級別的TRIP鋼，經過冷軋后的TRIP鋼板，其最高強度可以達到1800-2000MPa。盡管利用TRIP效應生產的TRIP鋼具有很高的抗拉強度，但是，其延伸率，尤其是冷軋后的鋼板，大多不會超過30％。而TWIP鋼基本組織通常為單一的奧氏體，其塑性本身較好，加之拉伸過程中發生TWIP效應，于高應變區會應變誘發孿晶，極大的提高了塑性。通常通過合理的成分和工藝控制，TWIP鋼的延伸率一般都可以達到50％以上，有的甚至超過90％。但是由于高錳TWIP鋼奧氏體結構的固有性質，其強度很難達到TRIP鋼的程度，TWIP鋼的強度大多只能達到600～900MPa中等抗拉強度。綜合TRIP鋼與TWIP鋼的優缺點，通過合理成分與工藝的設計，來制備同時具有TWIP效應與TRIP效應的高錳TRIP/TWIP鋼，能夠實現同時兼具超高強度(即大于900MPa)以及50％以上的延伸率，這也是十分有意義研究工作。目前對于TRIP鋼和TWIP鋼的單獨研究技術文獻報道的較多，但是對于同時具有相變誘發和孿晶誘發的TRIP/TWIP鋼的設計及其生產技術卻非常少。

由于Mn元素對材料的層錯能有較大的影響，進而決定了材料是發生TRIP效應還是TWIP效應，因此，Mn的含量對材料設計起到至關重要的作用。一般情況下，對于中低碳的高錳鋼而言，通過適當合金元素諸如Si、Al類等的添加和調整，通常高錳TRIP鋼能夠發生TRIP效應的鋼的Mn含量都不高于20wt％，而高錳TWIP鋼都要高于20wt％，最具代表性的高錳TRIP和TWIP鋼成分分別為：Fe-15Mn-3Si-3Al和Fe-25Mn-3Si-3Al。而在較高Si、Al含量(含量分別在2-4wt％)的情況下，同時發生TRIP效應與TWIP效應的典型TRIP/TWIP鋼的Mn的含量在15％-20％之間。(出自文獻：International?Journal?of?Plasticity，2000，Vol?16：1319-1409；ISIJ?international，2003，Vol?43，No3：438-446))。

通常高錳TWIP鋼加工性能較差，其主要原因在于：TWIP鋼超高的Mn含量降低了鋼的導熱率，并且自由線收縮值達到了2.4～3.0％，這是普碳鋼的2～3倍，導致鋼的鑄態組織粗大，原始鑄坯表面易產生熱裂紋，熱軋后裂紋更加加劇；其次，由于鋼中大量Mn元素的存在，鑄造時可能造成鋼中成分偏析及S和P元素在晶界的偏聚，弱化了晶界，同時容易造成大量脆性碳化物，諸如M₂₃C₆或M₅C₂等的析出進而導致熱軋過程極易產生沿晶裂紋；最后，高Mn鋼固有的高的加工硬化速率，導致軋制變形抗力較高，增加了軋機的負荷，使其難以冷加工成形。因此開發具有相對較低Mn含量的TRIP/TWIP鋼也更加具有實用性。

POSCO公司申請的專利號為WO?2007075006的高錳鋼板，其權利要求聲稱其可用于熱軋鋼板，該發明Mn含量在10-25wt％之間，但是該鋼板強度并不高，最高抗拉強度只有800MPa。但是，其碳含在0.2-1.5wt％的較高與較寬的范圍內，這嚴重影響了鋼的焊接性能，此外，Si、Al的添加最高也分別達到了2.0wt％和3.0wt％，這也導致該鋼的鑄造性能、表面鍍層性能較差。