[發明專利]一種高強韌、耐蝕TWIP鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110440732.2
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113278908B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 王幸福;韓福生;史子木;趙莫迪;梁駒華
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C23C2/12
• 分類號: C23C2/12;C23C2/02;C23C2/38;C23C2/40
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;李闖

本發明公開了一種高強韌、耐蝕TWIP鋼及其制備方法，對冷變形TWIP鋼進行表面除油除銹處理，得到表面潔凈的TWIP鋼；將所述表面潔凈的TWIP鋼浸入70～85℃的助鍍劑溶液中，浸入時間1～2min，然后進行烘干處理，烘干溫度為80～140℃；再將烘干后的TWIP鋼浸入700～800℃的鋁液中進行熱浸鍍，熱浸鍍時間為0.5～2min，TWIP鋼從所述鋁液中的引出速度為1～5m/min，從而得到高強韌、耐蝕TWIP鋼。本發明能夠同步實現TWIP鋼的強韌化熱處理以及鋁金屬耐蝕防護層制備，使TWIP鋼具有高強韌、耐蝕等綜合性能，極大提高了TWIP鋼高性能薄板、絲材等產品的生產效率。

技術領域

本發明涉及TWIP(Twinning-induced plasticity，孿生誘發塑性)鋼領域，尤其涉及一種高強韌、耐蝕TWIP鋼及其制備方法。

背景技術

孿生誘發塑性(Twinning-induced plasticity，TWIP)鋼具有較高的強度(抗拉強度Rm：550～1200MPa)與極高的塑性(延伸率A：60～110％)，強塑積50GPa·％以上，是鋼材在強度和延展性等綜合性能上的一次重大突破，在航空航天、車輛工程、軌道交通、石油化工等領域具有極其重要的應用價值。

TWIP鋼的高強韌特性源于其形變過程中奧氏體晶粒內孿晶的形成。應變誘發大量形變孿晶，不斷分割細化晶粒，阻礙位錯滑移，引起動態Hall-Petch效應，這不僅提高了材料強度，同時也促使應變向其它較低區域轉移，繼而發生均勻、無頸縮延伸，表現出極高的塑性，即所謂的TWIP效應。因此，TWIP鋼具有突出的冷變形能力。Cornette等通過對Fe-22Mn-0.6C TWIP鋼進行復雜形狀試件的沖壓成形工藝研究，發現TWIP鋼冷變形加工性能超過其它等效強度高強鋼。Chung等研究了18Mn-0.5C-1.5Al的TWIP940的成形性能，采用剛性凸模脹形實驗獲得了材料的成形極限曲線，結果表明與600MPa強度級別的雙相鋼DP600相比，TWIP940表現出更好的冷成形性能。

TWIP鋼經較大冷變形(如經較大壓下量冷軋)處理后，材料屈服強度將大幅提高，但材料塑性也急劇降低，加工硬化能力減弱，組織中產生變形織構并造成材料性能的各向異性。這些問題可以通過冷變形后的退火處理來進行改善。為實現提升TWIP鋼韌性的同時，仍保持較高的屈服強度指標，研究人員提出一種低溫退火工藝，并對退火溫度、保溫時間做了嚴格限制，其中，退火溫度一般不高于650℃，以避免材料發生完全再結晶，晶粒長大，致使冷變形帶來的高屈服強度消失。如Bouaziz等人對Fe-22Mn-0.6C TWIP鋼進行50％冷軋后經625℃退火處理，研究發現，試樣發生了回復以及部分再結晶，在未再結晶部分依然保存了形變孿晶組織，材料屈服強度從冷軋態的1600MPa下降到1200MPa，均勻延伸率從2％上升到8％，可見低溫退火處理可以在不大幅損失材料屈服強度的前提下獲得一定的加工硬化能力。同時，他們還發現不同軋制方向試樣的力學性能基本一致，這表明退火處理明顯改善了預變形試樣力學性能各向異性的缺點。

根據金屬學原理，冷變形金屬加熱時，繼回復之后發生再結晶。一般來說，加熱溫度較低時發生回復，超過一定溫度，發生再結晶，而在一定溫度等溫加熱時，也可以通過保溫時間設置，調控冷變形回復再結晶過程。現有針對TWIP鋼強韌化的處理工藝多選擇較低退火溫度(≤650℃)、較長保溫時間(≥30min)等工藝參數，存在熱處理時間長等不足，若適度提升TWIP鋼退火溫度，縮短保溫時間，有望在提高熱處理效率的同時達到同等效果。

對此，中科院合肥物質科學研究院利用鹽浴熱處理爐，在700～800℃范圍內，采用短時(0.5～5min)急熱急冷淬火方式，研究了該工藝對TWIP鋼冷軋薄板力學性能的影響，結果表明，TWIP鋼發生了回復以及部分再結晶，再結晶區域為等軸細晶組織，未再結晶部分仍保存了大量形變孿晶組織，TWIP鋼強韌化效果明顯。