本發(fā)明屬于先進高強鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強度、高屈服延伸率的冷軋鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

先進高強鋼是近年來出現(xiàn)的新型鋼材，主要包括雙相鋼、TRIP鋼、TWIP鋼、中錳鋼等，廣泛應(yīng)用于汽車、橋梁工程、輸電塔、海洋平臺、油氣輸送管道和船舶制造等行業(yè)。與傳統(tǒng)的普通高強度鋼相比，其最大的優(yōu)勢在于在保證力學性能的同時減輕板材構(gòu)件的厚度和重量，此外，其還具有良好的成形性、防撞凹性、抗疲勞性能、較高的加工硬化率等優(yōu)點，在各行業(yè)中均顯示出良好的應(yīng)用前景。冷軋鋼板在室溫拉伸過程中易于發(fā)生屈服延伸，在拉伸曲線上表現(xiàn)為屈服后應(yīng)力幾乎隨應(yīng)變不升高，這一段拉伸曲線幾乎是水平線段，故稱屈服平臺。

屈服延伸主要是由柯氏氣團和析出相等對位錯的釘扎引起的。這種釘扎作用在再加工變形的過程中，使位錯開動滑移需要足夠大的分切應(yīng)力，此時的應(yīng)力就是常說的上屈服應(yīng)力，一旦位錯掙脫釘扎作用便可以在相對較低的分切應(yīng)力下運動，由此造成了上、下屈服點應(yīng)力的差別。從屈服延伸的產(chǎn)生機理來看，它的出現(xiàn)與柯式氣團、晶粒尺寸和退火工藝等有關(guān)。首先，鋼中碳、氮等間隙原子會對位錯進行釘扎而形成柯式氣團，提高屈服延伸率；其次，細晶具有更高的屈服強度，一旦位錯掙脫間隙原子的釘扎，會有更多平行滑移面上的單滑移可相繼開動，由此形成幾乎平行的滑移帶，導(dǎo)致屈服延伸率提高；最后，調(diào)整退火工藝參數(shù)也會對屈服延伸率產(chǎn)生影響。

中錳鋼作為第三代先進高強鋼中的一種，主要含有碳、錳、鐵三種元素，碳含量在0.1～0.6％之間，錳含量在3～12％之間。由于穩(wěn)定奧氏體元素錳的加入，以及逆相變退火過程中碳和錳元素的擴散和配分，中錳鋼能夠在室溫下獲得20～40％的亞穩(wěn)殘余奧氏體。中錳鋼具有良好的強韌性主要是利用奧氏體在外應(yīng)力作用下發(fā)生TRIP效應(yīng)來實現(xiàn)的，但是中錳鋼冷軋鋼板在進行室溫單軸拉伸實驗時也會形成屈服延伸，但其獲得的屈服延伸率一般不超過10％。因此需要一種高強度兼顧高屈服延伸率的中錳鋼冷軋鋼板。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種高強度、高屈服延伸率的冷軋鋼板及其制造方法，通過采用氮微合金化，在提高冷軋鋼板抗拉強度的同時提高屈服延伸率。

本發(fā)明的高強度、高屈服延伸率的冷軋鋼板，其化學成分按照質(zhì)量百分比為：C 0.15～0.3％，Mn 5～6％，N 0.05～0.12％，Si<0.2％，S<0.01％，P<0.01％，Al 0.002～0.04％，余量為Fe；

所述冷軋鋼板組織為奧氏體和鐵素體雙相組織，厚度為0.5～1.5mm，抗拉強度為900～1000MPa，屈服延伸率為20～35％。

其制造方法按照以下步驟進行：

(1)冶煉及鑄造：按照化學成分C 0.15～0.3％，Mn 5～6％，N 0.05～0.12％，Si<0.2％，S<0.01％，P<0.01％，Al 0.002～0.04％，余量為Fe進行配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1550～1650℃；

當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到1～3個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至4～6個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓10～50分鐘，得到鑄錠；

(2)熱軋：將鑄錠隨爐加熱至1100～1200℃并保溫1～2h，隨后經(jīng)過7～9道次熱軋，開軋溫度和終軋溫度分別為1060～1160℃和800～900℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到2～4mm厚的熱軋板；

(3)軟化退火：將熱軋板隨爐加熱至620～650℃并保溫2～5h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板；

(4)酸洗：用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗；

(5)冷軋：將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至0.5～1.5mm，獲得冷軋板；

(6)逆相變退火：將冷軋板隨爐加熱至620～650℃并保溫0.5～15h，隨后空冷至室溫，得到高強度、高屈服延伸率冷軋鋼板。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是：

本發(fā)明的冷軋鋼板通過添加含量為0.05～0.12％的氮元素，利用氮元素固溶強化和穩(wěn)定奧氏體的作用來提高強度，另一方面，氮有利于形成更多的柯氏氣團，加強對位錯的釘扎作用，有助于提高屈服延伸率，此外，氮化物可釘扎晶界，有效地細化晶粒，進一步提高屈服延伸率，同時氮元素在此含量范圍內(nèi)不至于給冶煉增加難度負擔。本發(fā)明制造的高強度、高屈服延伸率冷軋鋼板抗拉強度高達900～1000MPa，屈服延伸率高達20～35％。

本發(fā)明制造方法中的控制氣壓變化是為了保證氮元素溶入鋼液而不溢出。在熱軋過程中的保溫時間和開、終軋溫度的控制是為了保證鑄錠組織完全奧氏體化并均勻化，同時軋后獲得尺寸細小的微觀組織。軟化退火是為了使熱軋板硬度降低，能夠保證冷軋順利進行。冷軋過程中最終厚度的控制是為了保證足夠大的變形量而充分破碎晶粒、細化組織。逆相變退火是為了使馬氏體逆轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，最終在室溫獲得大量亞穩(wěn)殘余奧氏體，從而提高冷軋鋼板的強度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制造方法的工藝流程示意圖；

圖中：Ac₁是加熱狀態(tài)下奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Ac₃是加熱狀態(tài)下奧氏體轉(zhuǎn)變的終了溫度；

圖2是本發(fā)明實施例1得到的高強度、高屈服延伸率冷軋鋼板微觀組織的掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果；

圖3是本發(fā)明實施例2得到的高強度、高屈服延伸率冷軋鋼板微觀組織的掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果；

圖4是本發(fā)明實施例3得到的高強度、高屈服延伸率冷軋鋼板微觀組織的掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果；

圖5是本發(fā)明鋼板在室溫條件下單軸拉伸得到的典型工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

具體實施方式

本發(fā)明的工藝流程如圖1所示。

按照化學成分C 0.15～0.3％，Mn 5～6％，N 0.05～0.12％，Si<0.2％，S<0.01％，P<0.01％，Al 0.002～0.04％，余量為Fe進行配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1550～1650℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到1～3個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至4～6個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓10～50分鐘，得到鑄錠；將鑄錠隨爐加熱至1100～1200℃并保溫1～2h，隨后經(jīng)過7～9道次熱軋成2～4mm厚的熱軋板，開軋溫度和終軋溫度分別為1060～1160℃和800～900℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱軋板；將熱軋板隨爐加熱至620～650℃并保溫2～5h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板；用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗；將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至0.5～1.5mm，獲得冷軋板；將冷軋板隨爐加熱至620～650℃并保溫0.5～15h，隨后空冷至室溫，得到高強度、高屈服延伸率冷軋鋼板，其在室溫條件下單軸拉伸得到的典型工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5所示，從圖5中可以看出其兼具高抗拉強度和高屈服延伸率。

實施例1

實施例中先進高強鋼的化學成分見表1。

表1 化學成分(wt.％)

本實施例的制造方法按照以下步驟進行：

(1)按照表1的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1600℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到2個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至5個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓30分鐘，得到鑄錠；

(2)將鑄錠隨爐加熱至1200℃并保溫1h，隨后經(jīng)過8道次熱軋，開軋溫度和終軋溫度分別為1160℃和880℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到2.5mm厚的熱軋板；

(3)將熱軋板隨爐加熱至635℃并保溫3h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板；

(4)用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗；

(5)將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至0.7mm，獲得冷軋板；

(6)將冷軋板隨爐加熱至635℃并保溫1h，隨后空冷至室溫，其顯微組織圖如圖2所示，為奧氏體和鐵素體雙相組織，得到冷軋鋼板抗拉強度為940MPa，屈服延伸率為32％。

實施例2

實施例中先進高強鋼的化學成分見表2。

表2 化學成分(wt.％)

本實施例的制造方法按照以下步驟進行：

(1)按照表2的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1580℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到1個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至6個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓50分鐘，得到鑄錠；

(2)將鑄錠隨爐加熱至1150℃并保溫1.5h，隨后經(jīng)過7道次熱軋，開軋溫度和終軋溫度分別為1080℃和850℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到4mm厚的熱軋板

(3)將熱軋板隨爐加熱至645℃并保溫2h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板；

(4)用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗；

(5)將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至1mm，獲得冷軋板；

(6)將冷軋板隨爐加熱至630℃并保溫5h，隨后空冷至室溫，其顯微組織如圖3所示，為奧氏體和鐵素體雙相組織，得到的冷軋鋼板抗拉強度為960MPa，屈服延伸率為25％。

實施例3

實施例中先進高強鋼的化學成分見表3。

表3 化學成分(wt.％)

本實施例的制造方法按照以下步驟進行：

(1)按照表3的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1600℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到3個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至4個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓20分鐘，得到鑄錠；

(2)將鑄錠隨爐加熱至1100℃并保溫2h，隨后經(jīng)過9道次熱軋，開軋溫度和終軋溫度分別為1060℃和820℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到3mm厚的熱軋板；

(3)將熱軋板隨爐加熱至650℃并保溫5h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板；

(4)用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗；

(5)將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至1.2mm，獲得冷軋板；

(6)將冷軋板隨爐加熱至640℃并保溫10h，隨后空冷至室溫，得到抗拉強度為920MPa，屈服延伸率為22％的冷軋鋼板，其顯微組織如圖4所示，為奧氏體和鐵素體雙相組織。

對比例1

對比例中先進高強鋼的化學成分見表4。

表4 化學成分(wt％)

其制備方法為：

(1)按照表4的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1600℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到2個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至5個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓20分鐘，得到鑄錠；

(2)將鑄錠隨爐加熱至1180℃并保溫2h，隨后經(jīng)過9道次熱軋成3.5mm厚的熱軋板，開軋溫度和終軋溫度分別為1110℃和840℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱軋板。

(3)將熱軋板隨爐加熱至625℃并保溫3h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板。

(4)用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗。

(5)將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至0.8mm，獲得冷軋板。

(6)將冷軋板隨爐加熱至620℃并保溫10h，隨后空冷至室溫，得到抗拉強度為820MPa，屈服延伸率為10％的冷軋鋼板。

對比例2

對比例中先進高強鋼的化學成分見表5。

表5 化學成分(wt.％)

其制備方法為：

(1)按照表5的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1500℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到2個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至4個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓25分鐘，得到鑄錠；

(2)將鑄錠隨爐加熱至1180℃并保溫1h，隨后經(jīng)過8道次熱軋成2.5mm厚的熱軋板，開軋溫度和終軋溫度分別為1110℃和820℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱軋板。

(3)將熱軋板隨爐加熱至630℃并保溫3h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板。

(4)用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗。

(5)將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至0.8mm，獲得冷軋板。

(6)將冷軋板隨爐加熱至560℃并保溫10h，隨后空冷至室溫，得到抗拉強度為880MPa，屈服延伸率為8％的冷軋鋼板。

對比例3

對比例中先進高強鋼的化學成分見表6。

表6 化學成分(wt.％)

其制備方法為：

(1)按照表6的成分配料，在加壓感應(yīng)爐中冶煉鋼水，抽真空并使鋼水溫度達到1500℃；當爐內(nèi)氣壓低于5Pa時充入純度為99.9993％的氮氣，使爐內(nèi)氮氣壓力達到2個大氣壓水平，在澆鑄前將爐內(nèi)氮氣壓力提升至5個大氣壓水平，澆鑄完成后需繼續(xù)保壓45分鐘，得到鑄錠；

(2)將鑄錠隨爐加熱至1190℃并保溫1h，隨后經(jīng)過9道次熱軋成2mm厚的熱軋板，開軋溫度和終軋溫度分別為1130℃和830℃，熱軋結(jié)束后在空氣中冷卻至室溫，得到熱軋板。

(3)將熱軋板隨爐加熱至630℃并保溫4h，隨后空冷至室溫，得到軟化退火板。

(4)用體積比為1：4的鹽酸和水的混合溶液對軟化退火板進行酸洗。

(5)將酸洗后的鋼板在冷軋機上冷軋至1mm，獲得冷軋板。

(6)將冷軋板隨爐加熱至635℃并保溫24h，隨后空冷至室溫，得到抗拉強度為900MPa，屈服延伸率為12％的冷軋鋼板。

從以上對比可以看出，對比例中冷軋鋼板的抗拉強度或屈服延伸率顯著低于本發(fā)明的實施效果。