[发明专利]一种高强度高塑性孪生诱发塑性钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及含Mn、Si、Al、N、B、Ti的孪生诱发塑性钢，特别涉及含有N、B、Ti的孪生诱发塑性钢，此钢材适合用于低温应用领域，特别适合于深冷用途以及高寒地区汽车的安全防护用材料。

背景技术

随着能源危机、环境保护的日益紧迫以及人们生活水平的提高，汽车行业面临挑战，目前，汽车工业用钢材的发展趋势是节能、降耗、环保、安全，因此，使用高强度钢以达到汽车的轻型化是汽车工业研究的重点，但是，如何在汽车轻量化设计的同时保证汽车的安全是汽车设计者首先要考虑的问题。目前，国内外研究与开发的汽车用高强度高塑性、高成形性的新钢种，如DP钢(双相钢)、TRIP钢(相变诱导塑性钢)、TWIP钢、含B钢等等。其中，最有发展潜力的是TWIP钢，由于该类合金的高强韧性来自形变过程中孪晶的形成而不是TRIP钢中的相变，故命名为孪生诱发塑性(twinning induced plasticity，TWIP)钢。TWIP钢具有高的抗拉强度(600～1000MPa)和极高的延伸率(50％～80％)，其抗拉强度(Rm)和延伸率(A)的乘积在50000MPa％以上，是高强韧性TRIP钢的两倍。除此之外，令人瞩目的力学性能是具有高的能量吸收能力和没有低温脆性转变温度。如20℃时传统深冲钢的吸收能范围是0.16J/mm≤E≤0.25J/mm，TWIP钢约为0.5J/mm，为传统深冲钢的两倍以上；在一196℃～200℃形变温度区间内没有低温脆性转变温度，TWIP钢是最近几年国内外正在进行研究的高强度、高塑性指标的汽车用钢，国际期刊《International Journal of Plasticity》16(2000)1391-1409发表了《High strength Fe-Mn-(Al，Si)TRIP/TWIP steels development-properties-application》，应用15％-30％含量的Mn与添加硅铝元素，得到了以上分析的性能的实验钢材。中国期刊《钢铁》VOl.40.NO.I发表的《高强度高塑性TWIP钢的开发研究》，公开了按锰的质量分数的不同的4组实验研究，分别为W(Mn)＝15％，W(Mn)＝20％，W(Mn)＝25％，W(Mn)＝30％，各组都添加W(Si)＝3％，W(Al)＝3％，其它为Fe与杂质元素，经过冶炼、锻造、加热到1100℃后保温2h，而后经过水淬处理，得出了性能相似的实验样品。但是，目前，以上研究存在以下缺点限制了其工业化生产与应用，首先，其成分通常主要是Fe，添加25～30％的Mn并加入3％的Al和3％的Si，合金含量高，生产成本高，特别是铝的含量高，由于目前高铝含量的钢连铸生产比较困难，限制了工业化生产；其次，由于硅、铝含量高使得该钢种在加热过程中晶粒容易长大，晶界氧化容易，加工困难。CN101381839公开了一种高强塑积合金钢及其热处理工艺，其化学成分百分含量为：C：0.03～0.05％，Mn：30±0.5％，Al：3±0.5％，Si：3±0.5％，其余为Fe。其工艺包括以下步骤有：将工件置于电阻加热炉内，工件间应留有适当间隙；通电加热，升温速率6～9℃/分钟；升温至1100℃时开始保温，此时温度跳动≤±5℃，保温时间2～5小时视工件大小而定；保温结束后将工件从电阻加热炉内取出，迅速投入水池中，水温≤30℃，并摆动；当工件表面不再有明显蒸汽产生时，即可将工件从水池中取出。该发明也存在同样的问题。《金属热处理》2002年08期《Mn含量对0.15C-0.6Si-Mn TRIP钢组织和力学性能的影响》中报道：低硅和低锰钢的残留奥氏体量少，力学性能差；增加锰含量，能提高残留奥氏体量及拉伸强度和伸长率，其力学性能与常规低碳Si2Mn TRIP钢的水平相当。

CN101160183提出如下方案：通过依次布置的工序，将具有预定化学成分15～27％Mn、1～6％Al、1～6％Si、≤0.8C，余为Fe和伴随元素-的轻质结构钢在使用合适铸造粉剂的条件下，在一种薄板坯铸造机(1)(d≤120mm)上进行铸造，直接与凝固相连，从连续铸锭(2)上分取板坯(3)，在一中间炉(4)中在通过时实现一种温度平衡，然后将板坯(3)不需中间时间冷却而直接进行热轧。本方案提供了一种新的TWIP钢制备方法，缺点在于需要对现有设备进行改造，否则，传统的设备难以实现直接热轧。