[发明专利]一种Nb、Ti合金化低碳高强度高塑性TWIP钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高强度合金钢领域，尤其是涉及到一种具有高强度、高塑性的TWIP（TWIP为Twinning Induced Plasticity（孪晶诱发塑性）的简称）钢及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的不断发展，对汽车轻型化、节能和安全性的要求也越来越高，采用高强度钢板不但可以实现汽车的轻量化，同时还能提高汽车的被动安全性。高强钢是汽车用钢发展的一个主要趋势。近几十年来，为了满足汽车工业等的发展需要，人们不断追求钢材强度和延展性综合性能的提高。先后开发了DP钢（Dual Phase steel，双相钢的缩写）和TRIP钢（Transformation Induced Plasticity，相变诱发塑性钢的缩写），并在汽车工业中得到了广泛应用。目前，广泛应用于汽车板及其车身组件的高强钢板的抗拉强度大多都在590~780MPa，屈服强度在270~350MPa，延伸率在25~35%。可见其强度级别并不高，原因是强度提高后，钢板的延伸率会明显下降。由于相对较低的延展性，对汽车板面成型产生影响，尤其对于一些复杂的形状车身组件或构件，其延展性较低后，很难较好的压力加工一次成型，而需经过几部分焊接后才能成型。

1997年Grassel等在研究Fe-Mn-Si-Al系TRIP钢时发现，在Mn含量达到25wt%时，Al和Si含量接近3wt%时，钢中出现大量的机械孪晶，这种钢具有很高的延展性，因此首次命名为TWIP钢（孪晶诱发塑性钢，TWIP：Twinning Induced Plasticity的缩写）。TWIP钢由于其兼具高延展性、较高的强度、较好成型性和优良的撞击能量吸收能力，而成为了新一代先进高强汽车用钢的重点发展方向。

迄今，TWIP的研制，尤其是在成分优化方面取得了很大的进展，但是现有的技术条件下，还无法进行大规模的生产与应用，仍然存在很多的问题需要解决，。

专利文献CN 101160183A 公开了一种具有TWIP性质的高锰钢的成分，其主要成分的重量百分比为：C<0.8%，Mn：15.0~27.0%，Al:1.0~6.0%，Si：1.0~6.0%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。但是，这种钢碳含量较高，同时Al和Si的含量都很高。高的C含量对材料的焊接性能不利，高Al容易在浇铸时候形成Al₂O₃，堵塞浇铸的水口，而较高的Si含量严重影响板材的可镀性，尤其对要求表面质量较高的冷轧汽车板更加不利。

公开号为CN 101429590A 的发明，其成分为C 0.2-0.49%，或者0.55-1.5wt%, Mn 10-22%或者23.1-35wt%，其经过冷轧和热处理处理后，抗拉强度在750-1200之间，延伸率在50-70%范围内。该发明为了消除Al和Si对钢水浇铸和冷轧镀层差的不利影响，其含量控制都低于1.0wt%，但是为了提高强度，其C含量都控制在了中高碳水平，这必然对材料的焊接性能产生很不利的影响。

公开号为：CN 1012125672A的专利提供了一种超低碳孪晶诱发塑性钢，其成为为：C 0.005~0.03% ，Mn 20~32%,Si 2~3%, Al 2~4%，其静态拉伸的抗拉强度只有580~760MPa，延伸率为60~90%。公开号为CN 101381839A 的发明专利提供了一种具有高强度高塑性的合金钢。 其化学成为C 0.03%~0.05%，Mn 30%，Al 3%和Si 3%，其通过热处理工艺后，该合金强度可达600~750Mpa，延伸率达55~85%。以上这两种专利文献所记载的TWIP钢成分中，尽管C含量都控制在了低碳或者超低碳的范围，但是其钢的强度级别都相对较低，此外成分中都复合添加了大量的Al和Si，必然导致了其铸造差与冷轧的镀层质量问题。

除上述因素外，TWIP钢的强度，尤其是屈服强度还无法达到TRIP钢和DP钢的程度。目前开发的TWIP钢，热轧后的屈服强度都非常低，而冷轧后的屈服强度大多不超过400MPa。较低的屈服强度，会导致汽车初次的抗冲击碰撞能力较弱，碰撞性能指标大幅度降低，不利于汽车安全性。所以提高TWIP钢的强度，尤其是屈服强度也是十分必要的。 

为了保证具有较高的强度，其碳含量一般都控制在中高碳含量。因此开发可应用汽车板的低碳或者超低碳高强TWIP钢是非常必要的。但是，目前的技术无法实现上述需求。 

发明内容