一种抗延迟断裂型高强twip钢的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种抗延迟断裂型高强TWIP钢，钢的化学成分重量百分比为：0.65%～0.95%C，Si＜0.4%，15%～20%Mn，P <0.04%，S＜0.02%，0.02%～0.4%Al，0.01%～0.06% N，0.2%～0.4%V，0.001%～0.003%B，余量为Fe。利用添加钒元素与C元素形成细小的碳化钒质点，提供足够数量的氢陷阱固定钢中的氢，防止氢脆，从而提高TWIP钢的抗延迟断裂能力，并利用VC质点进一步提高TWIP钢的强度。所有成分试验钢的抗拉强度均在1000MPa以上。
【专利说明】一种抗延迟断裂型高强TWIP钢
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁材料制造领域，具体为一种抗延迟断裂型高强TWIP钢。
【背景技术】
[0002] 众所周知，钢铁材料是汽车工业使用最广泛的材料。近年来，由于人类生存环境的 恶化及能源的短缺，迫使汽车工业向轻量化方向发展。有研究表明，汽车质量每减少1°/。，将 节省燃油〇. 6%-1. 0%。因此高强钢已经在汽车中大量应用，特别是兼具高强度OlOOOMPa)、 高塑性(延伸率>60%)及更高的吸收能量值的TWIP钢不仅能够有效地减少汽车的质量，而 且使汽车具有更高的安全性能，日益受到汽车制造商的重视，国内外各大知名钢铁企业竞 相研发。
[0003] 目前，进行商业生产的TWIP钢为Mn-Si-Al系。TWIP钢因为Μη含量高(一般在15% 以上），其组织为单一奥氏体，通过孪生发生塑性形变(即TWIP效应)，因此，TWIP钢具有高 塑性。同时，由于大量孪生晶体的存在，极大地细化了奥氏体晶粒，根据动态霍尔佩奇公式， 使TWIP钢有较高的抗拉强度。
[0004] TWIP钢由于其合金含量高，氢脆敏感性强(抗延迟断裂能力差)，使用前需要进行 去氢处理。即使如此，仍然无法保证TWIP钢在使用过程中不接触氢介质而发生氢致开裂破 坏。目前公布的专利中，均没有提到TWIP钢抗延迟断裂能力，也没有针对氢脆提出具体的 技术措施。各类技术文献，也没有提及提高TWIP钢的抗延迟断裂能力的技术措施。
[0005] 专利号CN200710178352· 6，"一种铜、镍合金化的孪晶诱导塑性钢铁材料及制备工 艺"采用超低碳、高锰、高铝、高硅及铜、镍合金化设计，并没有解决TWIP钢氢脆敏感性的技 术措施。而且由于铝的含量高（2. 5%-3%)，使这种成分的TWIP钢不适合连铸生产，成本相对 较高。
[0006] 专利号CN200810012979· 9，"一种轻质、高性能孪晶诱导塑性钢及其制备方法"，尽 管采用低铝硅的设计方案，但增加了稀土元素的使用，而且没有专门的提高TWIP钢抗延迟 断裂能力的技术方案。因此，使用该种TWIP钢时仍然有氢致失效的安全风险。
[0007] 专利号CN200810156785· 6，"高强塑积合金钢及其热处理工艺"，采用30%的Mn、3% 的铝、3%的硅的成分设计，不但连铸困难，也极大地增加了冶炼难度，提高了钢的成本，并且 也不具备抗氢脆的能力。
[0008] 专利号CN20081〇239893_ X，"一种磷强化的孪晶诱导塑性钢铁材料及其制备工 艺"，在髙铝、硅基础上加入磷元素以提高TWIP钢的强度。这种设计效率较低，因为磷是强 化铁素体最有效的元素，其在奥氏体中有较大的溶解度，强化效果不如在铁素体中的强化 效果，而且磷容易发生偏聚，并降低钢的耐蚀性。
[0009] 在TWIP钢中加入钒，利用碳化钒质点作为氢陷阱来提高TWIP钢的延迟断裂能力 并增加强度，并没检索到相关专利和其它技术文献。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种抗延迟断裂型高强TWIP钢，利用添加钒元素与C元 素形成细小的碳化钒质点，提供足够数量的氢陷阱固定钢中的氢，防止氢脆，从而提高TWIP 钢的抗延迟断裂能力，并利用VC质点进一步提高TWIP钢的强度。
[0011] 本发明主要内容：抗延迟断裂型高强TWIP钢成分控制范围。
[0012] 一种抗延迟断裂型高强TWIP钢，钢的化学成分重量百分比为：〇. 65%?0. 95%C，Si < 0· 4%，15% ?20%Mn，P <0. 04%，S < 0· 02%, 0· 02% ?0· 4%A1，0· 01% ?0. 06% N，0. 2% ? 0. 4%V，0. 001% ?0. 003%B，余量为 Fe。
[0013] C:c元素开启奥氏体相区、稳定奥氏体最重要的元素，为了获得TWIP钢全奥氏体 组织，必须有足够的C含量。另外，足够的c含量也是保证VC在奥氏体中析出的必要条件。 但是C含量过高，将增加 TWIP钢连铸的难度，并影响TWIP效应，也不利于TWIP钢的焊接。 因此，本发明要求C元素含量为0. 65%?0. 95%。
[0014] Μη :Mn是本发明的最主要的合金元素，决定着产品的力学性能。Μη是扩大奥氏体 相区最有效的金属元素，也是保证TWIP钢获得全奥氏体的关键元素。Μη增加 TWIP钢的层 错能，只有足够量的Μη才能保证TWIP效应而不发生TRIP效应。另外，Μη也是重要的固溶 强化元素，足够量的Μη也有助于提高TWIP钢的强度。考虑到冶炼、连铸及成本因素，将 Μη 含量设定在15%?20%。
[0015] Si :尽管Si元素是很好的固溶强化元素，也能抑制渗碳体的析出。但随着Si含量 的增加，会导致钢板表面质量下降，同时Si缩小奥氏体相区，不利于获得全奥氏体组织。因 此，本发明要求Si含量控制在0. 4%以下。
[0016] P :作为有害元素，恶化TWIP钢的综合性能，因此将其控制在〇. 04%以下。
[0017] S :S元素是钢板中的有害元素，本发明要求S元素控制在0· 02%以下，在〇. 01%以 下更优。
[0018] A1 :A1是炼钢中的脱氧元素，有抑制渗碳体析出的能力。当A1元素低于0.02%时， 脱氧能力不足，但当A1元素含量超过0· 4%时，则会影响产品的表面质量。因此本发明将A1 的含量设计在〇. 02%?0. 4%之间。
[0019] N :N与C 一样，同为开启奥氏体相区的元素，可以提高钢的耐蚀性，并且有利于V 的析出。但过高的N极大地增加冶炼难度，也会降低B的收得率。为此，本发明要求N元 素含量控制在0. 01%?0. 06%。
[0020] v :本发明主要是通过V元素的弥散析出来强化提高TWIP钢的强度及提供足够的 氢陷阱来提高TWIP钢的抗延迟断裂性能。由于发明中的c含量高，使V元素可以在奥氏体 中析出。考虑到强度级别及成本因素，本发明中的V的优选含量为0. 2%?0. 4%。
[0021] B:在常规钢中作为提高淬透性元素加入，其机理是B偏聚在奥氏体晶界，提高铁 素体的形核功，抑制先共析铁素体析出，从而提高钢的淬透性。同时B也是强化晶界最有效 的元素。如果B含量超过0. 004%，则会形成粗大的B的化合物，严重恶化TWIP钢的性能，因 此本发明将B控制在0. 001%?0. 003%。
[0022] 本发明的抗延迟断裂型高强TWIP钢同时适用于热乳及冷乳产品生产。
[0023]通过微合金化元素 V的加入，形成大量VC质点，作为氢陷阱，能够有效提高TWIP 钢的抗延迟断裂(氢脆）性能。含钒0· 2%、0. 3%、0. 4%的TWIP实验钢，经大变形冲压成的汽 车零售部件均未发生延迟断裂，显示了较好的抗延迟断裂性能。热乳TWIP钢延伸率八 5。在 60%以上，冷乳退火TWIP钢A5。在60%以上。
[0024] VC质点作为氢陷阱的同时，产生强烈的析出强化作用。B作为晶界强化元素，也有 效地提高了 TWIP钢的强度。所有成分试验钢的抗拉强度均在lOOOMPa以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1热轧TWIP钢拉伸曲线；
[0026] 图2冷轧TWIP钢拉伸曲线；
[0027] 图3形变前TWIP钢组织形态；
[0028] 图4形变后TWIP钢组织形态；
[0029] 图5形变前TWIP钢精细结构；
[0030] 图6形变后TWIP钢精细结构；
[0031] 图7 TWIP钢大量VC析出；
[0032] 图8 VC析出相电子衍射谱。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
[0034] TWIP钢由转炉冶炼并经真空脱气处理，经连铸工艺生产连铸坯，钢水化学成分如 表1所不。
[0035] 表1抗延迟断裂型高强TWIP钢化学成分（wt%)
[0036]
【权利要求】
1. 一种抗延迟断裂型高强TWIP钢，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：0. 65%? 0· 95%C，Si < 0· 4%，15% ?20%Mn，P〈0· 04%，S < 0· 02%，0· 02% ?0· 4%A1，0· 01% ?0· 06% N，0· 2% ?0· 4%V，0· 001% ?0· 003%B，余量为 Fe。
2. 根据权利要求1所述的一种抗延迟断裂型高强TWIP钢，其特征在于钢的抗拉强度在 lOOOMPa以上，热轧TWIP钢延伸率A5Q在60%以上，冷轧退火TWIP钢A5Q在60%以上。
【文档编号】C22C38/12GK104233059SQ201310244652
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2013年6月19日
【发明者】徐荣杰, 刘仁东, 郭金宇, 王旭, 王科强, 林利, 孙成钱, 徐鑫, 韩斌 申请人:鞍钢股份有限公司