[发明专利]超高强度高塑性低碳相变与孪晶诱发塑性热轧钢板及制法

说明书

技术领域

本发明属于高强度高塑性的热轧钢技术领域，尤其是涉及到一种具有超高强度、高塑性的低碳TRIP/TWIP(TRIP与TWIP分别为Transformation Induced Plasticity(相变诱发塑性)与Twinning Induced Plasticity(孪晶诱发塑性)的简称)热轧钢板及其生产方法。

背景技术

高锰TRIP钢与TWIP钢作为极具潜力的新一代两种典型的高强韧性钢，近些年受到广泛重视。这两种钢都展现了良好的综合力学性能，其共同的突出特点就是具有很高的强塑积(抗拉强度和延伸率的乘积)，因此具有很强吸收撞击能量的能力，能够广泛用于工程机械和高附加值的汽车工业等领域。

通常，钢铁材料的强度和塑性一直是相互矛盾的，一般强度的提升，塑性都会有所下降。强度和塑性综合性能的提高一直是材料工作者追求的目标。TRIP钢在拉伸时，高应变应力区的残余奥氏体通过应变或应力诱发马氏体相变，延迟钢的颈缩，进而保证钢的高强度的同时，提高了钢的塑性。通过调整成分配比，并结合一定的工艺，控制铁素体、贝氏体或者马氏体以及残余奥氏体组织的体积分数比，可以获得较高强度级别的TRIP钢，经过冷轧后的TRIP钢板，其最高强度可以达到1800-2000MPa。尽管利用TRIP效应生产的TRIP钢具有很高的抗拉强度，但是，其延伸率，尤其是冷轧后的钢板，大多不会超过30％。而TWIP钢基本组织通常为单一的奥氏体，其塑性本身较好，加之拉伸过程中发生TWIP效应，于高应变区会应变诱发孪晶，极大的提高了塑性。通常通过合理的成分和工艺控制，TWIP钢的延伸率一般都可以达到50％以上，有的甚至超过90％。但是由于高锰TWIP钢奥氏体结构的固有性质，其强度很难达到TRIP钢的程度，TWIP钢的强度大多只能达到600～900MPa中等抗拉强度。综合TRIP钢与TWIP钢的优缺点，通过合理成分与工艺的设计，来制备同时具有TWIP效应与TRIP效应的高锰TRIP/TWIP钢，能够实现同时兼具超高强度(即大于900MPa)以及50％以上的延伸率，这也是十分有意义研究工作。目前对于TRIP钢和TWIP钢的单独研究技术文献报道的较多，但是对于同时具有相变诱发和孪晶诱发的TRIP/TWIP钢的设计及其生产技术却非常少。

由于Mn元素对材料的层错能有较大的影响，进而决定了材料是发生TRIP效应还是TWIP效应，因此，Mn的含量对材料设计起到至关重要的作用。一般情况下，对于中低碳的高锰钢而言，通过适当合金元素诸如Si、Al类等的添加和调整，通常高锰TRIP钢能够发生TRIP效应的钢的Mn含量都不高于20wt％，而高锰TWIP钢都要高于20wt％，最具代表性的高锰TRIP和TWIP钢成分分别为：Fe-15Mn-3Si-3Al和Fe-25Mn-3Si-3Al。而在较高Si、Al含量(含量分别在2-4wt％)的情况下，同时发生TRIP效应与TWIP效应的典型TRIP/TWIP钢的Mn的含量在15％-20％之间。(出自文献：International Journal of Plasticity，2000，Vol 16：1319-1409；ISIJ international，2003，Vol 43，No3：438-446))。

通常高锰TWIP钢加工性能较差，其主要原因在于：TWIP钢超高的Mn含量降低了钢的导热率，并且自由线收缩值达到了2.4～3.0％，这是普碳钢的2～3倍，导致钢的铸态组织粗大，原始铸坯表面易产生热裂纹，热轧后裂纹更加加剧；其次，由于钢中大量Mn元素的存在，铸造时可能造成钢中成分偏析及S和P元素在晶界的偏聚，弱化了晶界，同时容易造成大量脆性碳化物，诸如M₂₃C₆或M₅C₂等的析出进而导致热轧过程极易产生沿晶裂纹；最后，高Mn钢固有的高的加工硬化速率，导致轧制变形抗力较高，增加了轧机的负荷，使其难以冷加工成形。因此开发具有相对较低Mn含量的TRIP/TWIP钢也更加具有实用性。

POSCO公司申请的专利号为WO 2007075006的高锰钢板，其权利要求声称其可用于热轧钢板，该发明Mn含量在10-25wt％之间，但是该钢板强度并不高，最高抗拉强度只有800MPa。但是，其碳含在0.2-1.5wt％的较高与较宽的范围内，这严重影响了钢的焊接性能，此外，Si、Al的添加最高也分别达到了2.0wt％和3.0wt％，这也导致该钢的铸造性能、表面镀层性能较差。