一種超高強(qiáng)度中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼及制備方法，屬特種鋼制 備工藝技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對(duì)環(huán)保和節(jié)能提出的越來(lái)越高的要求，全球汽車輕量化的進(jìn)程也在不斷提升和 加速。汽車行業(yè)逐步用高強(qiáng)度鋼（HSS，High Strength Steel)來(lái)替代軟鋼，這種替代可在 保證安全性的前提下有效降低車重和油耗。
[0003] 當(dāng)鋼中的錳含量超過(guò)ISwt % (重量百分?jǐn)?shù)），經(jīng)過(guò)水淬處理后，其室溫可以獲得全 部的奧氏體。這類鋼在拉伸過(guò)程中通過(guò)孿晶誘發(fā)塑性，使鋼獲得高的塑性，最高延伸率可以 達(dá)到60%以上，遠(yuǎn)高于目前在汽車制造中所使用的超深沖鋼的40%的延伸率，這類鋼被稱 為孿晶誘發(fā)塑性（TWIP :Twinning Induced Plasticity)鋼。早期，這類鋼的碳含量極低， 強(qiáng)度也比較低，抗拉強(qiáng)度一般不超過(guò)800MPa。同時(shí)，屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值） 也比較低，約0. 5左右。為了提高TWIP鋼的強(qiáng)度，增碳是重要的合金化手段，有研宄表明， 含碳0. 6wt %、含錳22wt %的TWIP鋼，其抗拉強(qiáng)度最高可以達(dá)到1000 MPa左右。但是，這類 鋼的屈服強(qiáng)度一般低于500MPa，屈強(qiáng)比依然低于0. 5,導(dǎo)致其應(yīng)用受到極大限制。此外，較 高的合金元素總量及制造成本也對(duì)該鋼種的推廣應(yīng)用造成了困難。
[0004] 如何通過(guò)成分和工藝的優(yōu)選，進(jìn)一步提高TWIP鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，特別是 提高TWIP鋼的屈強(qiáng)比，目前未見(jiàn)報(bào)道。而超高強(qiáng)度、高屈強(qiáng)比的TWIP鋼有望成為價(jià)格昂貴 的熱成型鋼的替代鋼種，在汽車材料領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種特殊成分的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼及其制備 方法。本發(fā)明的另一目的是通過(guò)添加少量鎳，結(jié)合冷軋變形處理，得到超高強(qiáng)度TWIP鋼，以 期替代熱成型鋼。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段和措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性 鋼，其重量百分組成為刃0.5~0.80%，510.10~0.40%，]?1115.0~20.0%，附0.10~ 0· 40%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 01%，Ν〈0· 004%，F(xiàn)e 余量。
[0007] 所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其重量百分組成選擇為：C 0.8%，Si 0· 4%，Mn 20%，Ni 0· 10%，P 0· 01%，S 0· 008%，N 0· 003%，F(xiàn)e 余量。
[0008] 所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其重量百分組成選擇為：C 0.5%，Si 0·3%，Μη 18%，Ni 0.3%，P 0.01%，S 0.008%，N0.00 3%，F(xiàn)e 余量。
[0009] 所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其重量百分組成選擇為：C 0.7%，Si 0·3%，Μη 18%，Ni 0.20%，P 0.01%，S 0.008%，N 0.003%，F(xiàn)e 余量。
[0010] 所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其重量百分組成選擇為：C 0.6%，Si 0· 1%，Mn 15%，Ni 0· 40%，P 0· 01%，S 0· 008%，N 0· 003%，F(xiàn)e 余量。
[0011] 所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼的制備方法，包括如下步驟：
[0012] A、在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉上述組分的鋼坯，冶煉過(guò)程中充氬氣保護(hù)，然后進(jìn)行模 鑄；
[0013] B、脫模后，鑄錠加熱至1200°C以上進(jìn)行反復(fù)錘打，成25mm厚的鍛造坯；
[0014] C、鍛造坯加熱至1200°C，保溫半小時(shí)后進(jìn)行熱軋，熱軋的初軋溫度控制在1050~ 1150°C，終軋溫度控制在850~1000°C，熱軋至3mm后空冷至室溫；
[0015] D、將熱軋后的鋼板進(jìn)行不同變形量的冷軋變形，得到抗拉強(qiáng)度大于1600MPa，屈強(qiáng) 比接近1的高性能孿晶誘發(fā)塑性鋼。
[0016] 所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼的制備方法，其特征在于步驟C所述制備 方法優(yōu)選為：初軋溫度在IKKTC，終軋溫度在900°C，熱軋至3_后空冷至室溫；步驟D所 述制備方法優(yōu)選為：將熱軋后的鋼板進(jìn)行變形量為37. 3%的冷軋變形，得到抗拉強(qiáng)度大于 1600MPa，屈強(qiáng)比接近1的超高強(qiáng)度、高屈強(qiáng)比的孿晶誘發(fā)塑性鋼。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步效果表現(xiàn)在：鋼中加入少量的鎳作為奧氏體穩(wěn)定化元素，對(duì)于 奧氏體含量及穩(wěn)定性提高十分有益；經(jīng)過(guò)熱軋?zhí)幚砗?，TWIP鋼為全奧氏體組織，通過(guò)一定 變形量的冷軋，使TWIP鋼內(nèi)部形成不同數(shù)量的形變孿晶，這些形變孿晶的存在，一方面提 高了再次拉伸時(shí)新的形變孿晶形成的門(mén)檻值，從而有效的提高了 TWIP鋼的屈服強(qiáng)度；另一 方面，形變孿晶分割了奧氏體晶粒，再次拉伸時(shí)使得變形可以更均勻，內(nèi)部的應(yīng)力集中更不 易快速增加，從而有效的提高了抗拉強(qiáng)度。由此可以獲得抗拉強(qiáng)度1600MPa以上，屈強(qiáng)比接 近1的超高強(qiáng)度TWIP鋼，從而可替代價(jià)格昂貴的熱成型鋼。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1 :
[0019] C 0.8% Si 0.4% Mn 20% Ni 0.1% P 0.01% S 0.008% N 0.003% Fe 余量
[0020] 其中工藝過(guò)程和步驟如下：
[0021] 在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉上述組分的鋼坯，冶煉過(guò)程中充氬氣保護(hù)，然后進(jìn)行模鑄；脫 模后，鑄錠加熱至1200°C以上進(jìn)行反復(fù)錘打，成25mm厚的鍛造坯；鍛造坯加熱至1200°C， 保溫半小時(shí)后進(jìn)行熱軋，熱軋的初軋溫度控制在1100 °C，終軋溫度控制在900 °C，熱軋至 3mm后空冷至室溫，熱軋后的鋼板在經(jīng)過(guò)變形量為37. 3%的冷軋變形后，得到抗拉強(qiáng)度 1630MPa，屈強(qiáng)比0. 99的超高強(qiáng)度孿晶誘發(fā)塑性鋼。
[0022] 經(jīng)儀器檢測(cè)，該鋼為全奧氏體組織。
[0023] 經(jīng)過(guò)儀器測(cè)試，不同冷軋變形后鋼板各項(xiàng)力學(xué)性能值如下：
[0024] 表1不同冷軋變形后該鋼種的靜態(tài)力學(xué)性能
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其特征在于重量百分組成為：C 0. 5~ 0? 80%，Si 0? 10 ~0? 40%，Mn 15. 0 ~20. 0%，Ni 0? 10 ~0? 40%，P〈0. 02%，S〈0. 01%， N〈0. 004%，F(xiàn)e 余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其特征在于重量百分組成選 擇為：C 0? 8%，Si 0? 4%，Mn 20%，NiO. 10%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，F(xiàn)e 余量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其特征在于重量百分組成選 擇為：C 0? 5%，Si 0? 3%，Mn 18%，NiO. 30%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，F(xiàn)e 余量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其特征在于重量百分組成選 擇為：C 0? 7%，Si 0? 3%，Mn 18%，NiO. 20%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，F(xiàn)e 余量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼，其特征在于重量百分組成選 擇為：C 0? 6%，Si 0? 1%，Mn 15%，NiO. 40%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，F(xiàn)e 余量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼的制備方法，包括如下步驟： A、 在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉上述組分的鋼坯，冶煉過(guò)程中充氬氣保護(hù)，然后進(jìn)行模鑄； B、 脫模后，鑄錠加熱至1200°C以上進(jìn)行反復(fù)錘打，成25mm厚的鍛造坯； C、 鍛造坯加熱至1200°C，保溫半小時(shí)后進(jìn)行熱軋，熱軋的初軋溫度控制在1050~ 1150°C，終軋溫度控制在850~1000°C，熱軋至3mm后空冷至室溫； D、 將熱軋后的鋼板進(jìn)行不同變形量的冷軋變形，得到抗拉強(qiáng)度大于1600MPa，屈強(qiáng)比接 近1的高性能孿晶誘發(fā)塑性鋼。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼的制備方法，其特征在于步驟 C所述制備方法優(yōu)選為：初軋溫度在1100°C，終軋溫度在900°C，熱軋至3_后空冷至室溫； 步驟D所述制備方法優(yōu)選為：將熱軋后的鋼板進(jìn)行變形量為37. 3 %的冷軋變形，得到抗拉 強(qiáng)度大于1600MPa，屈強(qiáng)比接近1的超高強(qiáng)度、高屈強(qiáng)比的孿晶誘發(fā)塑性鋼，該鋼種可替代 價(jià)格昂貴的熱成型鋼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度中碳含鎳高錳孿晶誘發(fā)塑性鋼及制備方法。塑性鋼的重量百分組成為：C 0.5～0.80％，Si 0.10～0.40％，Mn 15.0～20.0％，Ni 0.10～0.40％，P<0.02％，S<0.01％，N<0.004％，F(xiàn)e余量。制備方法是先真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，冶煉過(guò)程中充氬氣保護(hù)，然后進(jìn)行模鑄；脫模后，鑄錠被加熱至1200℃以上進(jìn)行反復(fù)錘打，成25mm厚的鍛造坯；鍛造坯再被加熱至1200℃，保溫半小時(shí)后進(jìn)行熱軋，熱軋的初軋溫度控制在1050～1150℃，終軋溫度控制在850～1000℃，熱軋至3mm后空冷至室溫。將熱軋后的鋼板進(jìn)行變形量為37.3％的冷軋變形，得到抗拉強(qiáng)度大于1600MPa，屈強(qiáng)比接近1的超高強(qiáng)度孿晶誘發(fā)塑性鋼。該鋼的性能達(dá)到熱成形鋼的要求，可替代價(jià)格昂貴，模具難制造的熱成形鋼。
【IPC分類】C22C33-04, C22C38-08, C21D8-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104862586
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510354908
【發(fā)明人】史文, 何燕霖, 李麟, 曾敬山, 夏禹, 姚靛謙
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日