[发明专利]一种亚晶界强化的高强度含Ti无间隙原子钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种亚晶界强化的高强度含Ti无间隙原子钢及其制备方法。

背景技术

钢是所有金属中用途最广泛的一种材料，在航空、核能、舰船、石化等工业领域广泛应用，钢材的性能与人们的生活安全密切相关。目前，汽车工业用钢的开发主要致力于提高钢的强度并保持其成形性。研发质量轻、耐冲击的运输工具体系的新设计理念要求开发强度高及能量吸收能力优良、比质量轻的材料。提高强度可以减轻汽车的重量（满足节能环保需求），而提高塑性则可满足复杂车型设计及提高驾乘安全性能的需求。但由于我国钢铁企业对一些汽车用高附加值钢材产品生产能力不足，尤其是用量最大的车用板材长期依赖进口，对于急缺的汽车高档冷轧薄板等产品来说，目前 60％以上依靠进口。为打破进口汽车板长期高价位垄断国内市场的局面，国内以宝钢、武钢为代表的钢铁企业正在加大汽车用无间隙原子（IF） 钢板的生产和研发力度。我国具有l 500 mm以上宽带热连轧机和冷连轧机设备条件的宝钢、武钢、鞍钢和本钢都在新建或改造中完成了冶炼高纯净钢所需的配套设备，今后几年这四大钢公司将使中国汽车板生产的硬件条件达到世界先进水平。

减重、节能是现代汽车的主要发展趋势，汽车自重减少1%，能耗可降低0.6～1.0%。而汽车用钢板减薄是汽车减重的主要途径。汽车用深冲板的主要需求是成型性好、耐腐蚀能力强、表面光洁、强度高和厚度小。近年来，汽车用钢板高强度化成为一种趋势。以IF钢为代表的超低碳深冲钢是目前冲压性能最优异的钢板，称为第三代深冲板，汽车制造业是 IF 钢钢板的最大用户之一。IF钢的技术特征主要反映在在优良的成形性能上。即高的塑性应变比，值、高的均匀延伸率、低的屈服强度、低的屈服伸长，以满足用于冲制复杂的汽车覆盖件的需求。同时，为避免在制造和使用中产生凹陷，要求钢板具有较高的抗拉强度和适当的烘烤硬化性与加工硬化能力。

IF钢的研究与使用历史悠久，其起源最早可追溯列1960年，日本的一位薄板研究员在一个偶然的机会成功地开发了这种特殊的具有良好的加工硬化性能的钢种。近年来，IF钢在理论研究和实际应用方面日益得到重视，但在实践中发现，IF钢虽然具有良好的深冲性能，但是其较低的屈服强度及抗拉强度已经无法满足汽车轻量化理念的要求。因为在冲击大、应力高的情况下, IF钢的低强度并不具备汽车抗撞击性能所要求的高能量吸收能力。而且，由于IF钢的屈服强度低，初次使用时易于变形，并且其较低的强度也势必导致较大的比重量，不利于汽车轻量化、低能耗的发展理念。

目前，普通的IF钢屈服强度约为100MPa，抗拉强度270MPa；在微合金化后屈服强度和抗拉强度可以分别提高另为150MPa、320MPa （景财年，王作成，韩福涛，张文平，衣彦宏，铁素体区热轧Ti-IF钢的组织和性能，特殊钢，卷2，23-25（2006）；李贺杰，赵劲松，韩静涛，刘均贤，IF钢(无间隙原子钢)的发展、应用及展望，唐山学院学报，卷21， 3-6（2007））。然而，实践表明，汽车用钢最理想的屈服强度值应该在400~700MPa之间（O. Bouaziz, S. Allain, C.P. Scott, High manganese austenitic twinning induced plasticity steels: A review of the microstructure properties relationships. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. Vol.15，141-152(2011)）。因此，如何通过适当的成分及加工工艺设计，通过晶界或亚晶界对位错的阻碍钉扎作用，提高IF钢的屈服强度，同时使其具有一定的塑性变形能力，降低初次使用时的变形量而进一步提高IF钢耐冲击性、能量吸收能力而使其成为新一代车体材料，成为材料研究工作者的新课题及研究热点之一。

在工程应用上，为了强化材料采用细化晶粒法，即利用大量晶界限制或钉轧位错运动来提高材料的强度，可由著名的Hall-Petch关系（                                               ）来描述。人们已经从各种金属及合金中观察到高强度，大多数金属材料的屈服强度和硬度值随晶粒尺寸的减小表现出增加的趋势，很好地遵从 Hall-Petch 关系。然而，大量科研实践已经证明，当晶粒尺寸减小到纳米尺度时，钢材的屈服强度和硬度值出现了非线性特征，因此需要寻找新的材料强化方法。