[发明专利]一种具有优良力学性能的高锰钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢材，具体地说，本发明涉及具有优良力学性能的高锰钢。

背景技术

目前，汽车工业的发展趋势是减重、节能、提高安全性，而高强钢可同时满足减重和提高安全性的要求，因而，高强钢作为现代汽车用钢的发展趋势之一，正越来越受到汽车厂和钢铁厂的重视。经过多年的发展，目前汽车行业使用高强度钢板的强度为340～1470MPa，高强度钢板占汽车全部钢板总量的比从1979年的8.2％发展到2000年的30％以上，且有进一步上升的趋势。

钢在拉伸时的应力-应变曲线下的面积表征了材料变形过程所消耗的机械能的大小，这个面积的数值反映了材料破坏前吸收能量的大小，而材料的拉伸强度和延伸率的乘积在一定程度上反映了材料破坏前吸收撞击能的能力。对于高强度钢而言，塑性的提高不仅可增加其成型性能，其撞击吸收能亦明显提高。目前汽车用高强度钢板的强塑(拉伸强度和延伸率)积都在25000MPa％以下。此外，高强度钢的另外一个问题是延迟断裂，一般随着强度的增加，钢的耐延迟断裂性能变差，而吸氢是造成钢的耐延迟断裂性能下降的主要原因。

但是，强度和塑性是钢材性能方面的一对矛盾，一般随着强度的提升，塑性会下降，这不仅降低了材料的成型性，而且衡量撞击吸收能的重要指标(强度和延伸率的乘积)不能得到明显提高。因此，在强度和塑性综合性能上取得一定的突破一直是专业人士所追求的目标，而利用TWIP(Twinning Induced Plasticity)效应是一种有效地提高塑性的途径。

尽管高锰钢的使用历史悠久，但其主要应用于制造抗冲击磨损、无磁性或不锈钢部件，并未在高强度钢的应用方面得到重视。通过检索，发现有关高锰钢的专利文献基本都是关于耐磨材料、非磁性钢、低温应用、以及高锰钢铸造或焊接方面的，作为高强度钢板方面的发明专利很少。

专利文献US5,431,753A公开了一种用高锰钢生产的高强度钢板，其主要成分为(重量)：C：＜1.5％，Mn：15.0～35.0％，Al：2.0～6.0％，添加一种或几种选自由小于0.6％的Si、小于5.0％的Cu、小于1.0％的Nb、小于0.5％的V、小于0.5％的Ti、小于9.0％的Cr、小于4.0％的Ni及小于0.2％的N所构成的组中的元素，而且重点对Mn和Al的添加作了一定的限制，强调了Mn和Al元素对合金性能的影响。该成分的钢经控轧控冷，可以生产热轧钢板或冷轧板。

专利文献DE102005062221公开了一种用高锰钢生产高强度钢板的成分及方法。所述高锰钢的主要成分为(重量)：C：0.05～1.0％，Mn：9.0～25.0％，Al：0.1～11.0％，Si：0～6.0％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。重点对Mn和C的添加比例关系作了限制，以便利用TRIP效应获得更好的机械性能。

专利文献CN200480044461.3公开了一种生产具有TWIP效应的热轧高强度钢板带或薄钢板的方法。所述钢板具有如下主要成分(重量)：C：0.003～1.5％，Mn：18.0～30.0％，Ni：≤10％，Al：≤10％，Si：≤8％，N：≤0.06％，Cr：≤10％，Cu：≤3％，P：≤0.4％，S：≤0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。将具有这些成分的合金通过控轧控冷在700℃以上完成热轧，在750℃以下的温度进行卷取。

专利文献CN200680007190.3公开了一种高锰轻质结构钢的成分和生产设备。所述高锰钢的主要成分为(重量)：C：＜0.8％，Mn：15.0～27.0％，Al：1.0～6.0％，Si：1.0～6.0％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。将具有这些成分的合金通过一种薄板坯铸造机铸造，在中间炉中实现温度平衡，不经过中间冷却而直接热轧，从而解决了高锰钢连铸时凝固壳强度低，容易出现拉裂，漏钢的问题。

上述相关专利文献中钢的主要成分见表1。

表1相关专利文献中钢的主要成分(wt％)：