一種高屈服強度、高塑性twip鋼的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋼鐵冶金和金屬材料領(lǐng)域，提供一種屈服強度超過1000MPa，同時均勻延伸率超過10%的TWIP鋼生產(chǎn)方法。其特征在于煉鋼過程危害元素、全氧含量控制，連鑄過程選用合適成分保護渣，并采用保護澆鑄及低過熱度低拉速澆鑄工藝，采用過渡金屬及金屬間化合物析出強化以及冷軋預變形、接近完全再結(jié)晶溫度連續(xù)退火處理等工藝來提高TWIP的力學性能，使其屈服強度超過1000MPa，均勻延伸率超過10%。
【專利說明】—種高屈服強度、高塑性TWIP鋼的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金和金屬材料領(lǐng)域，提供一種屈服強度超過lOOOMPa，均勻延伸率超過10%的TWIP鋼生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來開發(fā)的高猛形變孿晶誘導塑性鋼(Twinning Induced Plasticity, TffIP鋼)，在形變過程中產(chǎn)生形變孿晶具有TWIP效應(yīng)，因而具備良好的機械性能，如同時具有高拉伸強度和高塑性。汽車領(lǐng)域減重和減少氣體排放部件，需要高屈服強度的同時需具有良好的成形性，TWIP鋼在汽車減重方面有廣泛的應(yīng)用前景，TWIP鋼雖然擁有高強度和高塑性，但是與其他先進高強度鋼鐵相比，TffIP鋼的屈服強度較低，約為20(T400MPa，這一因素限制了其在汽車制造業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種將傳統(tǒng)TWIP鋼屈服強度提高到1000MPa同時均勻延伸率超過10%的生產(chǎn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種高錳TWIP鋼的生產(chǎn)方法，煉鋼過程降低全氧含量，進而降低鋼種夾雜物的數(shù)量，同時使得鋼種的S、p質(zhì)量分數(shù)控制在0.0025%以下，全氧含量在0.0015%以下。連鑄過程盡量采用低過熱度、低拉速澆鑄，過熱度控制在5°C -10°C之間，拉速控制在0.5/min-l.2m/min,同時澆鑄過程采用結(jié)晶器電磁攪拌手段，使得鑄坯組織均勻，鑄坯中心缺陷控制在0-2級，等軸晶比率在70%以上。凝固末端電磁攪拌等方式鑄造使得材料組織更加均勻，C元素中心偏析度控制在1.0-1.1之間，P、S兩種元素中心偏析度控制在1.0-1.15之間，Mn元素中心偏析度控制在1.0-1.2之間。
[0004]連鑄過程選用Ca0/Si02類型的保護渣，保持一定厚度的液渣層厚度，及時添加保護渣，使得鑄坯與結(jié)晶器壁保持良好的潤滑性能，防止出現(xiàn)漏鋼及表面裂紋、夾渣等現(xiàn)象發(fā)生，保護渣的具體成分控制在:w(CaO) =30%-40%，w(SiO2) =30%_40%，w(Al2O3) =5%_10%，w (MgO) =5%-10%，其余為 Na2O 和 F。
[0005]煉鋼合金化過程添加鈦(Ti)、鈮(Nb)、釩(V)—種或者一種以上過渡金屬元素，這三種過渡元素是析出物形成元素，與碳元素、氮元素形成碳氮化合物析出物，細化晶粒，提高材料的屈服強度，本發(fā)明中至少使用其中一種元素形成過渡金屬析出物，其添加合金總質(zhì)量分數(shù)控制在0.01-2%，鋼中過渡金屬析出物的體積分數(shù)為1%_2%，尺寸分為為15nm-150nm,當其質(zhì)量分數(shù)小于0.01%時,析出物量過少,析出物強化效果不明顯，當質(zhì)量分數(shù)超過2%形成大量的析出物惡化材料的塑性。
[0006]碳、氮元素與鋁元素形成金屬間化合物Al (C，N)可以細化晶粒，提高材料的強度和塑性，鋁元素質(zhì)量分數(shù)應(yīng)該控制在0.01-1%，控制鋼中金屬間化合物析出物的體積分數(shù)為
0.2%-0.5%，尺寸分為為15nm-100nm，鋁元素含量超過1%時會產(chǎn)生大量尺寸較大的夾雜物惡化材料的成形性和延伸率等物理性能。
[0007]由于TWIP鋼的超高塑性，增加預應(yīng)變犧牲一定量的塑性來提高TWIP鋼屈服強度是一種有效的強化手段，通過10%_60%的冷軋預應(yīng)變會明顯提高材料的屈服強度，超過60%預應(yīng)變時，會引發(fā)兩個問題，一是材料的加工硬化率急劇減少，材料的塑性如延伸率降低，二是材料的各項異性增加，因而材料的成型性能減弱。
[0008]為了減少預應(yīng)變給材料性能帶來的負面效果，通過增加回復及部分再結(jié)晶連續(xù)退火工序來改善材料性能，回復及部分再結(jié)晶退火處理溫度在550°C -700°C之間，接近鋼的完全再結(jié)晶溫度下限，處理時間為lOOs-lOOOs。處理結(jié)束后，晶粒部分再結(jié)晶，晶體內(nèi)位錯密度急劇下降，由于機械孿晶具有較好的熱穩(wěn)定性，在此溫度區(qū)間幾乎不發(fā)生變化，將會獲得最佳的屈服強度和延伸率。溫度超過700°C時，容易發(fā)生完全再結(jié)晶，加工硬化率減少，材料的屈服強度急劇減少，當溫度小于550°C以下時，晶體內(nèi)位錯密度過高，材料的塑性和成形性依然較差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明生產(chǎn)方法的一個實施例的示意圖。
[0010]具體實施內(nèi)容
以化學成分為Fe-22 wt%Mn-0.6 wt%C-l%Al-0.5wt%V的TWIP鋼為實施對象，煉鋼過程使得S、P元素質(zhì)量分數(shù)分別控制在0.0025%，連鑄過程采用低過熱度為10°C、拉速為0.8m/min進行保護澆鑄，連鑄坯放在1200°C的加熱爐中加熱I小時，然后進行終軋溫度為900°C的熱軋，軋到3.5mm的薄板，卷曲溫度為650°C，然后進行預應(yīng)變量60%的冷軋過程，薄板厚度變?yōu)?.4mm，在750°C的連續(xù)退火爐中進行連續(xù)退火處理1000s，在冷軋坯上取樣進行傳統(tǒng)的一維準靜態(tài)拉伸實驗及微觀組織的表征。
[0011]試驗測得試樣的拉伸強度超過1150MPa，屈服強度超過1000 MPa,延伸率超過15%，通過TEM觀察到尺寸為20-100納米彌散分布在鋼基體組織中V (C，N)及Al (C，N)析出物，其體積分數(shù)分別為1.2%和0.3%。然后性進行5%，8%，12%，15%四種不同應(yīng)變水平的拉伸試驗，表征應(yīng)變變形后的微觀組織，發(fā)現(xiàn)不同應(yīng)變水平下的變形過程都有一定密度的形變孿晶產(chǎn)生，拉伸變形后微觀組織中未發(fā)現(xiàn)馬氏體，表明試樣拉伸變形過程只產(chǎn)生了形變孿晶，沒有發(fā)生馬氏體相變，該鋼力學性能和微觀組織符合汽車用高碰撞能量吸收的要求。
[0012]與傳統(tǒng)的TWIP鋼生產(chǎn)方法相比，本發(fā)明生產(chǎn)大幅度提高材料的屈服強度到1000MPa以上，同時材料的均·勻延伸率控制在10%以上，是一種較為理想的汽車工業(yè)用材料。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明屬于鋼鐵冶金和金屬材料領(lǐng)域，提供一種屈服強度超過lOOOMPa，同時均勻延伸率超過10%的TWIP鋼生產(chǎn)方法。
2.其特征在于煉鋼過程危害元素、全氧含量控制，連鑄過程選用合適成分保護渣，并采用保護澆鑄及低過熱度低拉速澆鑄工藝，采用過渡金屬及金屬間化合物析出強化以及冷軋預變形、接近完全再結(jié)晶溫度連續(xù)退火處理等工藝來提高TWIP的力學性能，使其屈服強度超過lOOOMPa，均勻延伸率超過10%。
3.權(quán)利要求1中TWIP鋼在連鑄過程中采用5°C-10°C低過熱度澆鑄，采取保護澆鑄措施，采用結(jié)晶器電磁攪拌控制減少柱狀晶比率增加等軸晶比率，鑄坯等軸晶比率在70%以上，凝固末端采用電磁攪拌，使得鑄坯組織均勻，同時減少碳、磷、硫偏析，鑄坯中心缺陷宏觀評級在0-2級，C元素中心偏析度控制在1.0-1.1之間，P、S兩種元素偏析度控制在1.0-1.15之間，Mn元素中心偏析度控制在1.0-1.2之間。
4.權(quán)利要求1中TWIP鋼在連鑄過程中保護渣的具體成分控制在:w(CaO)=30%-40%，w (SiO2) =30%-40%，w (Al2O3) =5%_10%，w (MgO) =5%_10%，其余為 Na2O 和 F。
5.權(quán)利要求1中TWIP鋼在進行變形量10%-60%冷軋預變形過程，該過程明顯提高TWIP鋼的屈服強度。
6.權(quán)利要求1中TWIP鋼具有體積分數(shù)為0.2%-0.5%，尺度分布為10-150納米在基體組織中均勻分布的過渡金屬間化合物析出物相Al (C，N)。
7.權(quán)利要求1中TWIP鋼有體積分數(shù)為1%_2%，尺度分布為10-100納米在基體組織中均勻分布的金屬間化合物析出物相Ti\Nb\V(C，N)。
8.權(quán)利要求1中回復及部分再結(jié)晶退火處理溫度在550°C-700°C之間，接近鋼的完全再結(jié)晶溫度下限，處理時間為100s-1000s。
9.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在適用于TWIP鋼的化學成分以質(zhì)量分數(shù)表示為:碳(C):0.2-1.0%，錳(Mn):10-25%,鋁(Al):0.02-1.0%，磷(P) <0.0025%,硫(S)<0.0025%,氮(〈0.003%),含以下至少一種合金元素:鈦(Ti):0.01-1.2%，鈮(Nb):0.01-1.2，釩(V):0.01-1.2%，其余為鐵元素。
【文檔編號】C22C33/04GK103667913SQ201310746069
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】吳蘇州, 李嬌, 任嵬 申請人:深圳市晶萊新材料科技有限公司