一种高屈服强度、高塑性twip钢的生产方法
【专利摘要】本发明属于钢铁冶金和金属材料领域，提供一种屈服强度超过1000MPa，同时均匀延伸率超过10%的TWIP钢生产方法。其特征在于炼钢过程危害元素、全氧含量控制，连铸过程选用合适成分保护渣，并采用保护浇铸及低过热度低拉速浇铸工艺，采用过渡金属及金属间化合物析出强化以及冷轧预变形、接近完全再结晶温度连续退火处理等工艺来提高TWIP的力学性能，使其屈服强度超过1000MPa，均匀延伸率超过10%。
【专利说明】—种高屈服强度、高塑性TWIP钢的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁冶金和金属材料领域，提供一种屈服强度超过lOOOMPa，均匀延伸率超过10%的TWIP钢生产方法。
【背景技术】
[0002]近年来开发的高猛形变孪晶诱导塑性钢(Twinning Induced Plasticity, TffIP钢)，在形变过程中产生形变孪晶具有TWIP效应，因而具备良好的机械性能，如同时具有高拉伸强度和高塑性。汽车领域减重和减少气体排放部件，需要高屈服强度的同时需具有良好的成形性，TWIP钢在汽车减重方面有广泛的应用前景，TWIP钢虽然拥有高强度和高塑性，但是与其他先进高强度钢铁相比，TffIP钢的屈服强度较低，约为20(T400MPa，这一因素限制了其在汽车制造业的商业化应用。本发明提供了一种将传统TWIP钢屈服强度提高到1000MPa同时均匀延伸率超过10%的生产方法。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种高锰TWIP钢的生产方法，炼钢过程降低全氧含量，进而降低钢种夹杂物的数量，同时使得钢种的S、p质量分数控制在0.0025%以下，全氧含量在0.0015%以下。连铸过程尽量采用低过热度、低拉速浇铸，过热度控制在5°C -10°C之间，拉速控制在0.5/min-l.2m/min,同时浇铸过程采用结晶器电磁搅拌手段，使得铸坯组织均匀，铸坯中心缺陷控制在0-2级，等轴晶比率在70%以上。凝固末端电磁搅拌等方式铸造使得材料组织更加均匀，C元素中心偏析度控制在1.0-1.1之间，P、S两种元素中心偏析度控制在1.0-1.15之间，Mn元素中心偏析度控制在1.0-1.2之间。
[0004]连铸过程选用Ca0/Si02类型的保护渣，保持一定厚度的液渣层厚度，及时添加保护渣，使得铸坯与结晶器壁保持良好的润滑性能，防止出现漏钢及表面裂纹、夹渣等现象发生，保护渣的具体成分控制在:w(CaO) =30%-40%，w(SiO2) =30%_40%，w(Al2O3) =5%_10%，w (MgO) =5%-10%，其余为 Na2O 和 F。
[0005]炼钢合金化过程添加钛(Ti)、铌(Nb)、钒(V)—种或者一种以上过渡金属元素，这三种过渡元素是析出物形成元素，与碳元素、氮元素形成碳氮化合物析出物，细化晶粒，提高材料的屈服强度，本发明中至少使用其中一种元素形成过渡金属析出物，其添加合金总质量分数控制在0.01-2%，钢中过渡金属析出物的体积分数为1%_2%，尺寸分为为15nm-150nm,当其质量分数小于0.01%时,析出物量过少,析出物强化效果不明显，当质量分数超过2%形成大量的析出物恶化材料的塑性。
[0006]碳、氮元素与铝元素形成金属间化合物Al (C，N)可以细化晶粒，提高材料的强度和塑性，铝元素质量分数应该控制在0.01-1%，控制钢中金属间化合物析出物的体积分数为
0.2%-0.5%，尺寸分为为15nm-100nm，铝元素含量超过1%时会产生大量尺寸较大的夹杂物恶化材料的成形性和延伸率等物理性能。
[0007]由于TWIP钢的超高塑性，增加预应变牺牲一定量的塑性来提高TWIP钢屈服强度是一种有效的强化手段，通过10%_60%的冷轧预应变会明显提高材料的屈服强度，超过60%预应变时，会引发两个问题，一是材料的加工硬化率急剧减少，材料的塑性如延伸率降低，二是材料的各项异性增加，因而材料的成型性能减弱。
[0008]为了减少预应变给材料性能带来的负面效果，通过增加回复及部分再结晶连续退火工序来改善材料性能，回复及部分再结晶退火处理温度在550°C -700°C之间，接近钢的完全再结晶温度下限，处理时间为lOOs-lOOOs。处理结束后，晶粒部分再结晶，晶体内位错密度急剧下降，由于机械孪晶具有较好的热稳定性，在此温度区间几乎不发生变化，将会获得最佳的屈服强度和延伸率。温度超过700°C时，容易发生完全再结晶，加工硬化率减少，材料的屈服强度急剧减少，当温度小于550°C以下时，晶体内位错密度过高，材料的塑性和成形性依然较差。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明生产方法的一个实施例的示意图。
[0010]具体实施内容
以化学成分为Fe-22 wt%Mn-0.6 wt%C-l%Al-0.5wt%V的TWIP钢为实施对象，炼钢过程使得S、P元素质量分数分别控制在0.0025%，连铸过程采用低过热度为10°C、拉速为0.8m/min进行保护浇铸，连铸坯放在1200°C的加热炉中加热I小时，然后进行终轧温度为900°C的热轧，轧到3.5mm的薄板，卷曲温度为650°C，然后进行预应变量60%的冷轧过程，薄板厚度变为1.4mm，在750°C的连续退火炉中进行连续退火处理1000s，在冷轧坯上取样进行传统的一维准静态拉伸实验及微观组织的表征。
[0011]试验测得试样的拉伸强度超过1150MPa，屈服强度超过1000 MPa,延伸率超过15%，通过TEM观察到尺寸为20-100纳米弥散分布在钢基体组织中V (C，N)及Al (C，N)析出物，其体积分数分别为1.2%和0.3%。然后性进行5%，8%，12%，15%四种不同应变水平的拉伸试验，表征应变变形后的微观组织，发现不同应变水平下的变形过程都有一定密度的形变孪晶产生，拉伸变形后微观组织中未发现马氏体，表明试样拉伸变形过程只产生了形变孪晶，没有发生马氏体相变，该钢力学性能和微观组织符合汽车用高碰撞能量吸收的要求。
[0012]与传统的TWIP钢生产方法相比，本发明生产大幅度提高材料的屈服强度到1000MPa以上，同时材料的均·匀延伸率控制在10%以上，是一种较为理想的汽车工业用材料。
【权利要求】
1.本发明属于钢铁冶金和金属材料领域，提供一种屈服强度超过lOOOMPa，同时均匀延伸率超过10%的TWIP钢生产方法。
2.其特征在于炼钢过程危害元素、全氧含量控制，连铸过程选用合适成分保护渣，并采用保护浇铸及低过热度低拉速浇铸工艺，采用过渡金属及金属间化合物析出强化以及冷轧预变形、接近完全再结晶温度连续退火处理等工艺来提高TWIP的力学性能，使其屈服强度超过lOOOMPa，均匀延伸率超过10%。
3.权利要求1中TWIP钢在连铸过程中采用5°C-10°C低过热度浇铸，采取保护浇铸措施，采用结晶器电磁搅拌控制减少柱状晶比率增加等轴晶比率，铸坯等轴晶比率在70%以上，凝固末端采用电磁搅拌，使得铸坯组织均匀，同时减少碳、磷、硫偏析，铸坯中心缺陷宏观评级在0-2级，C元素中心偏析度控制在1.0-1.1之间，P、S两种元素偏析度控制在1.0-1.15之间，Mn元素中心偏析度控制在1.0-1.2之间。
4.权利要求1中TWIP钢在连铸过程中保护渣的具体成分控制在:w(CaO)=30%-40%，w (SiO2) =30%-40%，w (Al2O3) =5%_10%，w (MgO) =5%_10%，其余为 Na2O 和 F。
5.权利要求1中TWIP钢在进行变形量10%-60%冷轧预变形过程，该过程明显提高TWIP钢的屈服强度。
6.权利要求1中TWIP钢具有体积分数为0.2%-0.5%，尺度分布为10-150纳米在基体组织中均匀分布的过渡金属间化合物析出物相Al (C，N)。
7.权利要求1中TWIP钢有体积分数为1%_2%，尺度分布为10-100纳米在基体组织中均匀分布的金属间化合物析出物相Ti\Nb\V(C，N)。
8.权利要求1中回复及部分再结晶退火处理温度在550°C-700°C之间，接近钢的完全再结晶温度下限，处理时间为100s-1000s。
9.如权利要求1所述的生产方法，其特征在适用于TWIP钢的化学成分以质量分数表示为:碳(C):0.2-1.0%，锰(Mn):10-25%,铝(Al):0.02-1.0%，磷(P) <0.0025%,硫(S)<0.0025%,氮(〈0.003%),含以下至少一种合金元素:钛(Ti):0.01-1.2%，铌(Nb):0.01-1.2，钒(V):0.01-1.2%，其余为铁元素。
【文档编号】C22C33/04GK103667913SQ201310746069
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】吴苏州, 李娇, 任嵬 申请人:深圳市晶莱新材料科技有限公司