[发明专利]钛合金化TAM钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金化TAM钢及其制造工艺，属于金属成分设计与热加工技术领域。

背景技术

TAM钢，又称TRIP型退火马氏体钢(TRIP-aidedAnnealedMartensiteMatrix)，是Q&P钢的一种。汽车用Q&P(QuenchingandParTiTioning)钢作为第三代AHSS(AdTiancedHighStrengthSteels)钢，具有天然优势，达到了强度与塑性的良好匹配，实验室数据显示，汽车用Q&P钢的强度在1000MPa以上，并且延伸率达到18％以上，完全能胜任保险杠(防撞横梁)、侧防撞梁(W型)等部件的要求。TAM钢最大的特点是突破了传统TRIP钢的多边形铁素体基体或者贝氏体基体组织，使用了板条马氏体在两相区重新加热时形成的退火板条马氏体组织，配合以板条间片状残余奥氏体，获得了优异的力学性能。这类钢一般还可通过加入Nb和TI等，利用析出物进行强化，获得了优异的力学性能。近年来，超高强度钢的开发以及氢致延迟断裂问题的日益突出，钛在改善超高强度钢的耐氢致延迟断裂方面的作用也得到大量的研究。当微量Ti固溶到奥氏体中，并在随后的低温时效中重新弥散析出后，具备强烈的氢捕集作用，近年来研究发现，钛主要是通过细化晶粒和TiC析出作为不可逆氢陷阱来改善高强度钢的耐延迟断裂性能。

其中，相变诱发塑性钢(TRIP钢)之所以比其他高强度钢性能优异的原因是根据钢的合金化合相变原理，采用特定的化学成分和独特的热处理工艺，充分运用钢中“相变诱发马氏体效应”的结果。当钢中含有一定量的奥氏体形成元素，再经过两相区(α+γ)温度内临界退火和在随后的中温贝氏体等温淬火，从而得到较大量的残余奥氏体，当钢受到载荷作用发生变形时，就会使钢中的残余奥氏体进行诱发马氏体相变，导致钢的强度，塑性显著提高，即为“TRIP效应”。

而对于钢热处理的新工艺——Q&P工艺，与传统的淬火-回火工艺不同，其是为了得到稳定的残余奥氏体，应用钢中含Si，Al(甚至P)元素，以阻碍Fe₃C的析出，使碳自马氏体分配到奥氏体，奥氏体应富碳，在再次冷却时不会转变为马氏体，为高强度钢兼具韧性提供新的有效工艺。同时，稳定的奥氏体薄膜在马氏体束周围形成后，减少氢致裂纹扩展速率，从而提高了钢抗氢致延迟断裂性能。

现有技术中对TRIP钢的研究大多采用不添加钛的普通钢，而且工艺仅仅使用传统工艺，其制备的TRIP钢的综合力学性能，例如强度和塑性，尤其是其抗氢致延迟断裂性能，均还不能满足第三代汽车用钢的要求。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有更好的强度和塑性，尤其是具有优异的抗氢致延迟断裂性能的钛合金化TAM钢。

钛合金化TAM钢，其化学成分按重量百分比计为：C0.18～0.21％、Si1.48～1.55％、Mn1.90～2.20％、P≤0.020％、S≤0.015％、Ti0.04～0.06％、Al≤0.04％，余量为Fe和不可避免杂质。

进一步的，作为优选的技术方案，上述所述钛合金化TAM钢，其化学成分按重量百分比计为：C0.1963％、Si1.53％、Mn2.13％、P0.0067％、S0.0056％、Ti0.05％、Al0.0088％，余量为Fe和不可避免杂质。

上述所述钛合金化TAM钢，其屈服强度R_p0.2＞500MPa，抗拉强度Rm＞1050MPa，断后伸长率A＞25％，强塑积Rm×A＞25GPa·％。

进一步的，作为优选的技术方案，上述所述钛合金化TAM钢，钢的屈服强度R_p0.2＝649MPa，抗拉强度Rm＝1112MPa，断后伸长率A＝26.8％，强塑积Rm×A＝29.8GPa·％。

上述所述钛合金化TAM钢，其金相组织为马氏体基体+残余奥氏体+贝氏体/铁素体的混合组织。

本发明由于采用新型钛合金化成分设计的板坯含钛的碳化物等的析出改善了TAM钢的强韧性，从而提高了含钛TAM钢的综合力学性能，尤其表现在含钛钢具有优异的抗氢致延迟断裂性能，本钢种可充分利用攀钢钒钛磁铁矿资源。通过系统、科学地掌握钢材中各种组织缺陷和析出物的氢陷阱潜力，建立起储氢钢铁材料和超高强度钢的抗氢致延迟断裂的解决方案，无论是对于第三代汽车用钢的开发与应用具有重要意义，对未来氢能源的利用提供战略性材料储备技术，促进国民经济可持续发展，维护国家能源安全提供材料保障。同时可使我国在这一领域的研究处在国际前沿，形成具有自主知识产权的材料设计和控制技术。