一种超高强度中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超高强度中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢及制备方法，属特种钢制 备工艺技术。
【背景技术】
[0002] 面对环保和节能提出的越来越高的要求，全球汽车轻量化的进程也在不断提升和 加速。汽车行业逐步用高强度钢（HSS，High Strength Steel)来替代软钢，这种替代可在 保证安全性的前提下有效降低车重和油耗。
[0003] 当钢中的锰含量超过ISwt % (重量百分数），经过水淬处理后，其室温可以获得全 部的奥氏体。这类钢在拉伸过程中通过孪晶诱发塑性，使钢获得高的塑性，最高延伸率可以 达到60%以上，远高于目前在汽车制造中所使用的超深冲钢的40%的延伸率，这类钢被称 为孪晶诱发塑性（TWIP :Twinning Induced Plasticity)钢。早期，这类钢的碳含量极低， 强度也比较低，抗拉强度一般不超过800MPa。同时，屈强比（屈服强度与抗拉强度的比值） 也比较低，约0. 5左右。为了提高TWIP钢的强度，增碳是重要的合金化手段，有研宄表明， 含碳0. 6wt %、含锰22wt %的TWIP钢，其抗拉强度最高可以达到1000 MPa左右。但是，这类 钢的屈服强度一般低于500MPa，屈强比依然低于0. 5,导致其应用受到极大限制。此外，较 高的合金元素总量及制造成本也对该钢种的推广应用造成了困难。
[0004] 如何通过成分和工艺的优选，进一步提高TWIP钢的屈服强度和抗拉强度，特别是 提高TWIP钢的屈强比，目前未见报道。而超高强度、高屈强比的TWIP钢有望成为价格昂贵 的热成型钢的替代钢种，在汽车材料领域具有巨大的潜在应用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种特殊成分的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢及其制备 方法。本发明的另一目的是通过添加少量镍，结合冷轧变形处理，得到超高强度TWIP钢，以 期替代热成型钢。
[0006] 本发明是通过以下技术手段和措施来实现的：一种中碳含镍高锰孪晶诱发塑性 钢，其重量百分组成为刃0.5~0.80%，510.10~0.40%，]?1115.0~20.0%，附0.10~ 0· 40%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 01%，Ν〈0· 004%，Fe 余量。
[0007] 所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其重量百分组成选择为：C 0.8%，Si 0· 4%，Mn 20%，Ni 0· 10%，P 0· 01%，S 0· 008%，N 0· 003%，Fe 余量。
[0008] 所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其重量百分组成选择为：C 0.5%，Si 0·3%，Μη 18%，Ni 0.3%，P 0.01%，S 0.008%，N0.00 3%，Fe 余量。
[0009] 所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其重量百分组成选择为：C 0.7%，Si 0·3%，Μη 18%，Ni 0.20%，P 0.01%，S 0.008%，N 0.003%，Fe 余量。
[0010] 所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其重量百分组成选择为：C 0.6%，Si 0· 1%，Mn 15%，Ni 0· 40%，P 0· 01%，S 0· 008%，N 0· 003%，Fe 余量。
[0011] 所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢的制备方法，包括如下步骤：
[0012] A、在真空感应炉内冶炼上述组分的钢坯，冶炼过程中充氩气保护，然后进行模 铸；
[0013] B、脱模后，铸锭加热至1200°C以上进行反复锤打，成25mm厚的锻造坯；
[0014] C、锻造坯加热至1200°C，保温半小时后进行热轧，热轧的初轧温度控制在1050~ 1150°C，终轧温度控制在850~1000°C，热轧至3mm后空冷至室温；
[0015] D、将热轧后的钢板进行不同变形量的冷轧变形，得到抗拉强度大于1600MPa，屈强 比接近1的高性能孪晶诱发塑性钢。
[0016] 所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢的制备方法，其特征在于步骤C所述制备 方法优选为：初轧温度在IKKTC，终轧温度在900°C，热轧至3_后空冷至室温；步骤D所 述制备方法优选为：将热轧后的钢板进行变形量为37. 3%的冷轧变形，得到抗拉强度大于 1600MPa，屈强比接近1的超高强度、高屈强比的孪晶诱发塑性钢。
[0017] 本发明的技术进步效果表现在：钢中加入少量的镍作为奥氏体稳定化元素，对于 奥氏体含量及稳定性提高十分有益；经过热轧处理后，TWIP钢为全奥氏体组织，通过一定 变形量的冷轧，使TWIP钢内部形成不同数量的形变孪晶，这些形变孪晶的存在，一方面提 高了再次拉伸时新的形变孪晶形成的门槛值，从而有效的提高了 TWIP钢的屈服强度；另一 方面，形变孪晶分割了奥氏体晶粒，再次拉伸时使得变形可以更均匀，内部的应力集中更不 易快速增加，从而有效的提高了抗拉强度。由此可以获得抗拉强度1600MPa以上，屈强比接 近1的超高强度TWIP钢，从而可替代价格昂贵的热成型钢。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1 :
[0019] C 0.8% Si 0.4% Mn 20% Ni 0.1% P 0.01% S 0.008% N 0.003% Fe 余量
[0020] 其中工艺过程和步骤如下：
[0021] 在真空感应炉内冶炼上述组分的钢坯，冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸；脱 模后，铸锭加热至1200°C以上进行反复锤打，成25mm厚的锻造坯；锻造坯加热至1200°C， 保温半小时后进行热轧，热轧的初轧温度控制在1100 °C，终轧温度控制在900 °C，热轧至 3mm后空冷至室温，热轧后的钢板在经过变形量为37. 3%的冷轧变形后，得到抗拉强度 1630MPa，屈强比0. 99的超高强度孪晶诱发塑性钢。
[0022] 经仪器检测，该钢为全奥氏体组织。
[0023] 经过仪器测试，不同冷轧变形后钢板各项力学性能值如下：
[0024] 表1不同冷轧变形后该钢种的静态力学性能
[0025]
【主权项】
1. 一种中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其特征在于重量百分组成为：C 0. 5~ 0? 80%，Si 0? 10 ~0? 40%，Mn 15. 0 ~20. 0%，Ni 0? 10 ~0? 40%，P〈0. 02%，S〈0. 01%， N〈0. 004%，Fe 余量。
2. 根据权利要求1所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其特征在于重量百分组成选 择为：C 0? 8%，Si 0? 4%，Mn 20%，NiO. 10%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，Fe 余量。
3. 根据权利要求1所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其特征在于重量百分组成选 择为：C 0? 5%，Si 0? 3%，Mn 18%，NiO. 30%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，Fe 余量。
4. 根据权利要求1所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其特征在于重量百分组成选 择为：C 0? 7%，Si 0? 3%，Mn 18%，NiO. 20%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，Fe 余量。
5. 根据权利要求1所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢，其特征在于重量百分组成选 择为：C 0? 6%，Si 0? 1%，Mn 15%，NiO. 40%，P 0? 01%，S 0? 008%，N 0? 003%，Fe 余量。
6. 根据权利要求1所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢的制备方法，包括如下步骤： A、 在真空感应炉内冶炼上述组分的钢坯，冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸； B、 脱模后，铸锭加热至1200°C以上进行反复锤打，成25mm厚的锻造坯； C、 锻造坯加热至1200°C，保温半小时后进行热轧，热轧的初轧温度控制在1050~ 1150°C，终轧温度控制在850~1000°C，热轧至3mm后空冷至室温； D、 将热轧后的钢板进行不同变形量的冷轧变形，得到抗拉强度大于1600MPa，屈强比接 近1的高性能孪晶诱发塑性钢。
7. 根据权利要求6所述的中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢的制备方法，其特征在于步骤 C所述制备方法优选为：初轧温度在1100°C，终轧温度在900°C，热轧至3_后空冷至室温； 步骤D所述制备方法优选为：将热轧后的钢板进行变形量为37. 3 %的冷轧变形，得到抗拉 强度大于1600MPa，屈强比接近1的超高强度、高屈强比的孪晶诱发塑性钢，该钢种可替代 价格昂贵的热成型钢。
【专利摘要】本发明涉及一种超高强度中碳含镍高锰孪晶诱发塑性钢及制备方法。塑性钢的重量百分组成为：C 0.5～0.80％，Si 0.10～0.40％，Mn 15.0～20.0％，Ni 0.10～0.40％，P<0.02％，S<0.01％，N<0.004％，Fe余量。制备方法是先真空感应炉内进行冶炼，冶炼过程中充氩气保护，然后进行模铸；脱模后，铸锭被加热至1200℃以上进行反复锤打，成25mm厚的锻造坯；锻造坯再被加热至1200℃，保温半小时后进行热轧，热轧的初轧温度控制在1050～1150℃，终轧温度控制在850～1000℃，热轧至3mm后空冷至室温。将热轧后的钢板进行变形量为37.3％的冷轧变形，得到抗拉强度大于1600MPa，屈强比接近1的超高强度孪晶诱发塑性钢。该钢的性能达到热成形钢的要求，可替代价格昂贵，模具难制造的热成形钢。
【IPC分类】C22C33-04, C22C38-08, C21D8-02
【公开号】CN104862586
【申请号】CN201510354908
【发明人】史文, 何燕霖, 李麟, 曾敬山, 夏禹, 姚靛谦
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月24日