[发明专利]一种亚稳态相变增塑的超细晶高强塑积钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强塑积钢板及其生产方法，尤其是一种亚稳态相变增塑的超细晶高强塑积钢及其生产方法。

背景技术

新一代汽车用钢的发展方向是使用高强和超强度钢以实现汽车的轻量化、低排放、碰撞安全性和节能，高强塑积已经成为高性能汽车用钢最重要的衡量指标。以DP、TRIP、TWIP和热成形钢等为代表的先进高强钢在一定程度上暂时满足了汽车工业发展的目标。但随着DP、TRIP等钢在汽车上的推广应用，其有限的强塑积（15～20GPa%）仅可以完成简单构件的成形，而钢种本身带来的性能缺陷逐渐显现，如随着强度的提高、延伸率下降、冲压回弹大；微观组织的不均匀性及不同组织强塑性的差异导致其在弯曲和翻边成形中出现裂纹；化学成分（尤其是碳、锰等元素）添加量的增加，引起焊接性能恶化；为了获得所需要的组织而添加的一些化学元素（如硅），却给冷轧板表面质量、涂镀性等带来不利的影响。而热成形钢在强度超过1000MPa后，塑性下降幅度加大，较低的强塑积（9～15GPa%）难以满足复杂构件的成形需要。此后进行了具有较高强塑积的TWIP钢的基础开发，传统TWIP钢是在哈德菲尔（Hadfield）钢的基础上演变而来，其加工性能很差，主要原因是：

（1）超高含量的Mn元素（≥20%）降低了钢的导热率，且自由线收缩值（2.4%~3.0%）是普通碳钢的2~3倍，导致钢的铸态组织粗大，原始铸坯/锭表面易产生热裂纹，热轧后裂纹加剧。

（2）由于钢中含有大量的Mn元素，铸造时可能造成钢中成分偏析以及S和P元素在晶界偏聚，弱化晶界，同时大量脆性碳化物（M₂₃C₆、M₅C₂）的析出使TWIP钢在热轧过程中极易产生沿晶裂纹。

（3）高Mn钢固有的高加工硬化速率，导致轧制变形抗力较高，增加了轧机负荷，使其难以冷加工成形。

（4）高锰钢的动态应变时效对扩孔成形不利，冲压高锰钢的延迟脆性等都使得其在现有传统的汽车板生产线上难以生产和大批量推广应用。

公开（公告）号为CN 101065503A的“具有TWIP性能的高强度钢带或薄钢板以及通过钢带连铸制备它的方法”和公开号为CN 101084073A的“由轻型结构钢生产热轧带材的方法”两项公开专利文献中，提出采用钢带连铸（DSC）工艺结合热轧、冷轧制备出复合添加高硅、高铝及Ni、Cr、V、Ti和Nb等合金元素的TWIP钢。但铝是一种铁素体稳定化元素，具有提高层错能（SFE）、降低奥氏体稳定性的作用，将破坏由于应变诱导孪晶效应所产生的高强度和高塑性，因此，铝的添加对奥氏体稳定性的影响，必须通过锰或其它奥氏体稳定化元素（如Ni等）来补偿，这将提高钢的成本；同时铝的易氧化又使冶炼和浇铸中夹杂物的控制难度加大，降低钢质纯净度，对强塑性产生不利影响。当硅的加入量过多时，会使铸造材料产生较多的复合脱氧产物，恶化其铸态性能；并且在热轧带材表面出现粘性的氧化硅，降低涂镀性。含有高硅、高铝的孪晶诱导塑性钢其热加工性很差，热轧往往会出现严重的边裂，降低材料的利用率。大量Ni、Cr等合金元素的加入虽在一定程度上可以改善材料加工和部分力学性能，但其生产的经济性却大大降低。

公开（公告）号为CN 101111622A，名为“具有高的强度和可成形性的奥氏体钢，制造所述钢的方法及其应用”的公开专利文献中，为使冷轧薄板达到性能要求，需要采用长达4小时以上的分批退火，既增加能源消耗、提高生产成本，又大大降低了生产效率、延长产品生产周期。

公开（公告）号为CN 101215672A和CN 101235464A的两个中国专利文献中，受到超高锰（≥20%）和高硅、高铝（≥2%）的限制，热轧TWIP钢板的制备采用铸锭、热锻，以改善热轧板料的表面缺陷。然而热锻工序必须离线进行，既破坏了生产的连续性又增加了生产成本。现有TWIP钢技术中，针对TWIP效应进行了钢种成分和工艺设计，其抗拉强度未能达到超高强度（≥900MPa）要求；而具有TRIP效应的冷轧汽车钢板其强度虽高，但塑性偏低（≤30%）。

发明内容

本发明提供了一种亚稳态相变增塑的超细晶高强塑积钢及其生产方法，生产汽车用薄钢板，有效提高抗冲撞性、降低车体重量、实现燃油经济性和降低废气排放造成的环境污染。

本发明提供的一种亚稳态相变增塑的超细晶高强塑积钢，其特征在于按重量百分比包含如下化学组分：