CN102418032A - 一种增强孪晶诱导塑性高锰钢板强塑积的退火制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料加工领域，涉及一种增强孪晶诱导塑性高锰钢板强塑积的退火制备工艺。高锰TWIP冷轧钢板成分质量百分含量为：C：0.06～0.6%，Si：≤3%，Al：≤3%，Mn：22%～30%，P：≤0.1%，S：≤0.02%，余量为铁或不可避免的杂质。高锰TWIP冷轧钢板制备步骤为：冶炼、模铸或连铸、热轧、冷轧和热处理，冷轧板在加热炉中800～1000℃保温0.1～0.5h后，经多次短时间热处理和轧制工艺后空冷至室温。本发明制备的材料通过成分与工艺控制得到超高的强度和塑性配比，可得到900～1020MPa的抗拉强度以及70～80%的延伸率。强度和塑性配比可至80000MPa·%。本发明的制备工艺简单易行，经济节省。

Description

一种增强孪晶诱导塑性高锰钢板强塑积的退火制备工艺

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料的制造方法，特别涉及一种孪晶诱导塑性高锰钢板（TWIP）强塑积的退火制备工艺。

背景技术

作为先进高强度汽车板的代表，TWIP钢板具有高的抗拉强度，延展性很强，冲压成形能力高，可冲制较复杂的零件，还具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递。由于其独特的强韧化机制和高的强韧性，被公认为是新一代汽车用高强度钢板。可用于汽车吸收碰撞能量的部件，例如，保险杠和保险杠加强筋、撞击横梁，前后悬架支撑，前后纵梁钢板，A柱，门内加强板、底盘结构件以及其他相关部件等等。在提高安全性的同时，还会避免车身增重。

目前TWIP钢的传统制备方法主要是：先经过热轧工艺流程，然后将热轧基板进行酸洗，再进行冷轧，最后将冷轧板进行单道次热处理，得到冷轧TWIP钢。冷轧退火工艺对冷轧TWIP钢的机械性能起着重要的作用。退火后产生TWIP钢产生了大量的退火孪晶，在形变过程中大块的退火孪晶会转变成细碎交错的形变孪晶。冷轧以后进行退火，才能获得大量的退火孪晶，这些退火孪晶会在随后的拉伸过程中，产生超塑性。

Fe-Mn-C系的TWIP钢板的强度一般为 800~1100MPa，而目前800MPa以上的超高强度钢的生产还存在很大困难，由于TWIP钢较高的加工硬化能力和生产线热处理能力的限制，传统方法制备TWIP钢的过程，尤其是冷轧过程和热处理过程存在诸多困难。主要表现在两方面，首先是单道次轧制过程中轧机载荷过大，无法保证合理的冷轧总压下率；其次是无法提供较高的退火温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强孪晶诱导塑性高锰钢板强塑积的退火制备工艺，解决传统方法制备TWIP钢的过程，尤其是冷轧过程和热处理过程存在的单道次轧制过程中轧机载荷过大，无法保证合理的冷轧总压下率和无法提供较高的退火温度的困难。

为达到上述目的，本发明的冷轧孪晶诱导塑性钢（TWIP）的成分按质量百分比为：C：0.06～0.6%，Si：≤3%，Al：≤3%，Mn：22%～30%，P：≤0.1%，S：≤0.02%，余量为铁或不可避免的杂质。本发明所述的制备方法，包括如下步骤：

（1）按下述成分（质量百分比）冶炼，获得原料钢坯：C：0.06～0.6%，Si：≤3%，Al：≤3%，Mn：22%～30%，P：≤0.1%，S：≤0.02%，余量为铁或不可避免的杂质。

（2）将钢坯加热至1150±50℃保温一小时，锻造成厚度为30mm~90mm的钢板坯料。

（3）利用轧制技术，将钢板坯料进行常规热轧，其中热轧加热温度为1200±10℃，保温1小时后开轧，进行多道次的热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为880~930℃，得到厚度为3~5mm的热轧薄板。终轧之后空冷至室温，可得到使用状态的热轧薄板。

（4）将热轧基板酸洗后进行2~4轮的冷轧和热处理，热处理温度为800～1000℃；热处理时间为10~30分钟。

步骤（4）为关键控制步骤。可按照预先设定的成品板厚度和性能要求，酌情调节冷轧和热处理工艺的轮数以及热处理温度。

根据生产需要，步骤（4）所述的将热轧基板酸洗后进行冷轧和热处理工艺，如果是采用三轮冷轧和热处理工艺，则生产步骤如下：

第一轮冷轧和热处理：将热轧薄板室温冷轧至2.5~4mm，随后将冷轧后的薄板在加热炉中在设定温度860～880℃保温10~15分钟后空冷；接着进行第二轮冷轧和热处理：将第一轮冷轧和热处理过的板料冷轧至1.0~2mm，然后在设定温度880℃~900℃保温10~15分钟后空冷；随后进行第三轮冷轧和热处理：将前一轮的板料冷轧至0.8~1.5mm，然后在设定温度880℃~950℃保温10~30分钟后空冷；空冷后的板料即为可使用状态的TWIP钢成品板。

本发明利用热处理工艺中的多次短时间中间退火特性，在传统Fe-Mn-C系TWIP钢制备基础上，改善热处理工艺和轧制方式，一方面消除内应力，可以避免板料开裂，另一方面有利于得到均匀细小的微观组织，充分运用细晶强化的效果，提高材料的强度和塑性；另外进行多道次轧制，合理分配各道次压下率，使之更易进行实质性的工业生产；另外，短时间的退火工艺有利于节约资源，缩短生产周期。本发明的制备工艺简单易行，经济节省。按本发明方法生产的冷轧孪晶诱导塑性钢板的抗拉强度在达到980MPa的同时延伸率可高达81%，强塑积达到79380MPa·%。钢板同时具备高强度和高塑性的特点，适合应用于汽车结构件和安全件。

TWIP钢的多次中间退火工艺大幅度提高了材料的机械性能，并能在现有设备的条件下进行生产。这一套工艺的机理在于利用了材料的微观组织细化作用和组织均匀化作用。采用新工艺后的孪晶诱导塑性TWIP钢的抗拉强度和断后延伸率有明显的提升。

同传统TWIP钢的制备方法相比，采用多次中间退火工艺的TWIP钢力学性能有着全方位的提升，强度和延展性能皆有加强，断后延伸率的提升更为明显，因而强塑积有大幅度的提升。此方案热处理时间比常规制备流程短。更关键的是，此制备方法在现有热轧、冷轧、热处理工艺条件下可实现工业化生产，尤其是对冷轧机组载荷较敏感、无连续退火热处理设备的厂家而言，此发明在显著提升钢板性能的基础上，还具有现实操作意义。

附图说明

图1为新工艺条件下的TWIP钢与传统深冲用汽车钢、传统工艺下孪晶诱导塑性TWIP钢的力学性能对比图。

传统的汽车深冲用钢为无间隙原子钢IF DC04。实施例1为采用本发明工艺条件下的孪晶诱导塑性TWIP钢。

表1为实施例1化学成分。实施例1的化学成分与本例中采用传统工艺条件制备的TWIP钢化学成分一致。

表2为三种材料的力学性能表格。

表1  实施例1的化学成分与含量（wt %）

成分

Mn

C

Si

P

S

Fe

含量

22.5

0.56

0.011

0.007

0.013

余

表2 实施例力学性能

序号	制备方式	钢种	屈服强度/ MPa	抗拉强度/ MPa	断后延伸率/ %	屈强比	强塑积/（MPa·%）
								1	实施例1	TWIP	370	980	81	0.378	79380
2	传统工艺下的TWIP	TWIP	335	875	64	0.383	56000
								3	传统深冲用钢	IF DC04	135	270	45	0.500	12150

具体实施方式

实施例1的制备步骤：

(1)     按下述成分（质量百分比）冶炼，获得原料钢坯：C： 0.56%，Si：≤0.012%，Al：≤0.1%，Mn：22.5%，P：≤0.1%，S：≤0.02%，余量为铁或不可避免的杂质。实施例1的设计化学成分中Al、Si两种成分含量极低。

(2)     将钢坯加热至1150±50℃保温一小时，锻造成厚度为80mm的钢板坯料。

(3)     利用轧制技术，将钢板坯料进行常规热轧，其中热轧加热温度为1200±10℃，保温1小时后开轧，进行多道次的热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃，得到厚度为4.5mm的热轧薄板。终轧之后空冷至室温，可得到使用状态的热轧薄板。

(4)     将热轧基板酸洗后进行多轮冷轧和热处理工艺。

实施例1进行了三轮冷轧和热处理工艺：

第一轮冷轧和热处理：将热轧薄板室温冷轧至2.5~4mm，随后将钢板在加热炉中在设定温度880℃保温15分钟后空冷；接着进行第二轮冷轧和热处理：将第一轮冷轧和热处理过的板料冷轧至1.0~2mm，然后在设定温度900℃保温15分钟后空冷；随后进行第三轮冷轧和热处理：将前一轮的板料冷轧至0.8~1.5mm，然后在设定温度900℃保温15分钟后空冷。空冷后的板料即为可使用状态的TWIP钢成品板。

传统工艺下的孪晶诱导塑性TWIP钢的制备过程

(1)     按下述成分（质量百分比）冶炼，获得原料钢坯：C：0.06～0.6%，Si：≤3%，Al：≤3%，Mn：22%～30%，P：≤0.1%，S：≤0.02%，余量为铁或不可避免的杂质。

(2)     将钢坯加热至1150±50℃保温一小时，锻造成厚度为30mm~90mm的钢板坯料。

(3)     利用轧制技术，将钢板坯料进行常规热轧，其中热轧加热温度为1200±10℃，保温1小时后开轧，进行多道次的热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为880~930℃，得到厚度为3~5mm的热轧薄板。终轧之后空冷至室温，可得到使用状态的热轧薄板。

(4)     将热轧基板酸洗后进行冷轧和热处理工艺。先将热轧基板在冷轧机上轧至1.2mm，得到冷轧板，然后将冷轧板料在加热炉中以设定温度900℃保温1小时。最后将板料拿出空冷至室温，即得到传统工艺条件下的孪晶诱导塑性TWIP钢的成品板料。

Claims (2)

1.、一种增强孪晶诱导塑性高锰钢板强塑积的退火制备工艺，其特征是制备步骤如下：

（1）将此种成分的钢冶炼成原料钢坯，其成分按质量百分比为：C：0.06～0.6%，Si：≤3%，Al：≤3%，Mn：22%～30%，P：≤0.1%，S：≤0.02%，余量为铁或不可避免的杂质；

（2）将钢坯加热至1150±50℃保温一小时，锻造成厚度为30mm~90mm的钢板坯料；

（3）将钢板坯料热轧，其中热轧加热温度为1200±10℃，保温1小时后开轧，进行多道次的热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为880~930℃，得到厚度为3~5mm的热轧薄板；终轧之后空冷至室温，可得到使用状态的热轧薄板；

（4）将热轧基板酸洗后进行2~4轮的冷轧和热处理，热处理温度为800～1000℃；热处理时间为10~30分钟。

2.如权利要求1所述一种增强孪晶诱导塑性高锰钢板强塑积的退火制备工艺，其特征是步骤（4）将热轧基板酸洗后进行多轮冷轧和热处理工艺是采用了三轮冷轧和热处理工艺：

第一轮冷轧和热处理：将热轧薄板室温冷轧至2.5~4mm，随后将冷轧后的薄板在加热炉中在设定温度860～880℃保温10~15分钟后空冷；接着进行第二轮冷轧和热处理：将第一轮冷轧和热处理过的板料冷轧至1.0~2mm，然后在设定温度880℃~900℃保温10~15分钟后空冷；随后进行第三轮冷轧和热处理：将前一轮的板料冷轧至0.8~1.5mm，然后在设定温度880℃~950℃保温10~30分钟后空冷；空冷后的板料即为可使用状态的TWIP钢成品板。

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