專利名稱：：一種具有優(yōu)良力學(xué)性能的高錳鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼材，具體地說，本發(fā)明涉及具有優(yōu)良力學(xué)性能的高錳鋼。
背景技術(shù)：
：目前，汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢是減重、節(jié)能、提高安全性，而高強(qiáng)鋼可同時滿足減重和提高安全性的要求，因而，高強(qiáng)鋼作為現(xiàn)代汽車用鋼的發(fā)展趨勢之一，正越來越受到汽車廠和鋼鐵廠的重視。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前汽車行業(yè)使用高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度為3401470MPa，高強(qiáng)度鋼板占汽車全部鋼板總量的比從1979年的8.2%發(fā)展到2000年的30%以上，且有進(jìn)一步上升的趨勢。鋼在拉伸時的應(yīng)力一應(yīng)變曲線下的面積表征了材料變形過程所消耗的機(jī)械能的大小，這個面積的數(shù)值反映了材料破壞前吸收能量的大小，而材料的拉伸強(qiáng)度和延伸率的乘積在一定程度上反映了材料破壞前吸收撞擊能的能力。對于高強(qiáng)度鋼而言，塑性的提高不僅可增加其成型性能，其撞擊吸收能亦明顯提高。目前汽車用高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)塑(拉伸強(qiáng)度和延伸率)積都在25000MPaX以下。此外，高強(qiáng)度鋼的另外一個問題是延遲斷裂，一般隨著強(qiáng)度的增加，鋼的耐延遲斷裂性能變差，而吸氫是造成鋼的耐延遲斷裂性能下降的主要原因。但是，強(qiáng)度和塑性是鋼材性能方面的一對矛盾，一般隨著強(qiáng)度的提升，塑性會下降，這不僅降低了材料的成型性，而且衡量撞擊吸收能的重要指標(biāo)(強(qiáng)度和延伸率的乘積)不能得到明顯提高。因此，在強(qiáng)度和塑性綜合性能上取得一定的突破一直是專業(yè)人士所追求的目標(biāo)，而利用TWIP(TwinningInducedPlasticity)效應(yīng)是一種有效地提高塑性的途徑。盡管高錳鋼的使用歷史悠久，但其主要應(yīng)用f制造抗沖擊磨損、無磁性或不銹鋼部件，并未在高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用方面得到重視。通過檢索，發(fā)現(xiàn)有關(guān)高錳鋼的專利文獻(xiàn)基本都是關(guān)于耐磨材料、非磁性鋼、低溫應(yīng)用、以及高錳鋼鑄造或焊接方面的，作為高強(qiáng)度鋼板方面的發(fā)明專利很少。專利文獻(xiàn)US5，431，753A公開了一種用高錳鋼生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼板，其主要成分為(重量)C:<1.5%，Mn:15.035.0%，Al:2,06.0%,添加一種或幾種選自由小于O.6X的Si、小于5,0W的Cu、小于1.0%的恥、小于O.5X的V、小于O.5X的Ti、小于9.0X的Cr、小于4.0M的Ni及小于0.2X的N所構(gòu)成的組中的元素，而且重點(diǎn)對Mn和Al的添加作了一定的限制，強(qiáng)調(diào)了Mn和Al元素對合金性能的影響。該成分的鋼經(jīng)控軋控冷，可以生產(chǎn)熱軋鋼板或冷軋板。專利文獻(xiàn)DE102005062221公開了一種用高錳鋼生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板的成分及方法。所述高錳鋼的主要成分為(重量)C:0.051.0%，Mm9.025.0%，Al:0.111.0%，Si:06.0%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。重點(diǎn)對Mn和C的添加比例關(guān)系作了限制，以便利用TRIP效應(yīng)獲得更好的機(jī)械性能。專利文獻(xiàn)CN200480044461.3公開了一種生產(chǎn)具有TWIP效應(yīng)的熱軋高強(qiáng)度鋼板帶或薄鋼板的方法。所述鋼板具有如下主要成分(重量):C:0.0031.5%,Mn:18.030.0%，Ni:《10%，Al:《10%，Si:《8%,N:《0.06%,Cr:《10%,Cu:《3%，P:《0.4%,S:《0.15%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。將具有這些成分的合金通過控軋控冷在700'C以上完成熱軋，在750'C以下的溫度進(jìn)行巻取。專利文獻(xiàn)CN200680007190.3公開了一種高錳輕質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的成分和生產(chǎn)設(shè)備。所述高錳鋼的主要成分為(重量):C:<0.8%，Mn:15.027.0%，Al:1.06.0%，Si:1.06.0%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。將具有這些成分的合金通過一種薄板坯鑄造機(jī)鑄造，在中間爐中實現(xiàn)溫度平衡，不經(jīng)過中間冷卻而直接熱軋，從而解決了高錳鋼連鑄時凝固殼強(qiáng)度低，容易出現(xiàn)拉裂，漏鋼的問題。上述相關(guān)專利文獻(xiàn)中鋼的主要成分見表1。表1相關(guān)專利文獻(xiàn)中鋼的主要成分(wt%):專利文獻(xiàn)號CSiMnAlTiVUS5,431,753<1.5<0.615.()35.02.06.0<0.5<0.5DE1020050622210.051.0<6.09.025.00.111.0//CN20048004446L30.0031.5<8.018.030.0<10.0//CN200680007190.3<0.81.06.012.027.01.06.0//由表1可以看出，上述專利文獻(xiàn)公開的高錳鋼中都添加了大量的Al和Si元素，這不僅增加了合金的成本，而且Al元素在澆鑄時易形成A1A，堵塞水口，造成澆鑄困難；而Si則是嚴(yán)重影響合金的可鍍性的元素之一，不能滿足汽車用鋼的表面要求。4為解決上述問題，本發(fā)明的目在于提供一種不添加Al和Si元素、具有較好的TWIP效應(yīng)的高強(qiáng)度高塑性的高錳鋼及其制造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種具有優(yōu)良力學(xué)性能的高錳鋼，以重量百分比計，其化學(xué)成分包含C:0.3L0%，Mn:15.030,0%，V:0.10.4X或Ti:0.020.06%，P:《0.025%，S:《0.025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其中，所述C的重量百分含量優(yōu)選0.50.9%;所述P的重量百分含量優(yōu)選《0.01所述S的重量百分含量優(yōu)選《0.006%;所述Mn和所述C的關(guān)系優(yōu)選31《15XC(wt%)+Mn(wt°/。)《36。本發(fā)明合金設(shè)計的理由如下C:C是重要的固溶強(qiáng)化元素，是獲得高強(qiáng)度鋼的保證。若C含量過低，固溶強(qiáng)化的效果得不到最大程度的發(fā)揮，難于保證材料要求的高強(qiáng)度；若C含量過高，容易在晶界上析出碳化物，降低材料的塑性。因此，C的含量范圍以0.31.0X為宜，優(yōu)選0.50.9%。MmMn的主要作用是用來取代M以穩(wěn)定奧氏體，鋼在變形時，穩(wěn)定的奧氏體會產(chǎn)生大量細(xì)小的孿晶，大幅度提高鋼的塑性，同時降低鋼的生產(chǎn)成本。實驗證明，若Mn含量過低，則鋼中的奧氏體不穩(wěn)定，在加工或使用過程中，可能產(chǎn)生較多的馬氏體從而降低鋼的塑性；若Mn含量過高，不僅會增加鋼的成本，而且鋼的強(qiáng)度和塑性均會降低。因此，Mn的含量范圍以15.030.0%為宜。V:鋼在巻取時會析出V的碳化物或碳氮化合物，V的碳化物是一種有效的可擴(kuò)散性氫的陷阱，使進(jìn)入的氫均勻分布，凈化晶界的吸附氫，能夠明顯改善由于吸氫造成的氫脆或者延遲開裂性能。因此，V的含量范圍以0.10.40%為宜。Ti:Ti的作用與V相似，能形成Ti的碳化物或碳氮化合物，可明顯改善由于吸氫造成的氫脆或者延遲開裂性能。但Ti元素含量不宜過高，過高會造成碳化物或碳氮化物長大，降低材料的塑性。因此，Ti的含量范圍以0.020.06%為宜。P:由于鋼中含有大量的Mn元素，會增大P在晶界的偏聚，弱化晶界，故P含量應(yīng)盡可能降低。因此，P的含量范圍以《0.025W為宜，優(yōu)選《0.01%。S:由于鋼中含有大量的Mn元素，S在鋼中易形成MnS，引起熱脆，所以S含量越少越好。因此，S的含量范圍以《0.025%為宜，優(yōu)選《0.006%。Mn和C的關(guān)系31《15XC(wt%)+Mn(wt%)《36。因為鋼中Mn和C的含量都對奧氏體的穩(wěn)定性和層錯能有影響，如果Mn和C含量同為成分范圍的下限附近時，鋼容易在加工或使用過程中產(chǎn)生馬氏體從而使塑性降低，失去了穩(wěn)定的奧氏體變形時大量孿晶帶來的高塑性；當(dāng)Mn和C含量同為成分范圍的上限附近時，鋼的強(qiáng)度和塑性的總體優(yōu)勢不明顯，反而增加了鋼的成本和制造難度。Mn和C含量關(guān)系的示意圖見圖1。本發(fā)明還提供所述高錳鋼的制造方法，包括澆注、鑄造、熱軋、冷卻、巻取工序，所述高錳鋼以重量百分比計其化學(xué)成分包含C:0.31.0%，Mn:15.030.0%，V:0.10.4X或Ti:0.020.06%,P:《0.025%，S:《0.025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其中，所述澆注工序中澆注溫度可為1450149(TC;所述鑄造工序可采用模鑄或連鑄；所述熱軋工序中軋制溫度可為11801250°C,終軋溫度可為87093(TC;所述冷卻工序可采用空冷35秒，然后水冷所述巻取工序中巻取溫度可為500560。C。其中，所述熱軋工序后還可包括酸洗、冷軋、退火工序。所述冷軋工序中冷軋壓下率可為40%80%;所述退火工序可采用連續(xù)退火或罩式爐退火，退火溫度可為500950'C，退火時間可為2360min。不同溫度的退火后，該鋼的晶粒尺寸約為140ura，鋼的屈服強(qiáng)度約為300650MPa，因此，可根據(jù)需要的屈服強(qiáng)度選擇不同的退火溫度。熱軋鋼的力學(xué)性能為RpO.2:450550MPa，Rm》900MPa，A50》50%，RmXA50》50000MPa%。冷軋鋼的力學(xué)性能為RpO.2=300650MPa，Rra》900MPa，A50>50%，RmXA50》50000MPa%。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明鋼具有高強(qiáng)度和高塑性，可以很好地滿足汽車工業(yè)減重、節(jié)能、提高安全性的發(fā)展趨勢，可以用來制造汽車上高強(qiáng)度，高塑性以及高的撞擊吸收能的部件。圖1表示本發(fā)明鋼中Mn和C的含量關(guān)系。圖2表示本發(fā)明鋼熱軋后的金相組織。具體實施例方式以下用實施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方6式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例110表2表示本發(fā)明鋼的實施例和比較例的化學(xué)成分，其中A1A10分別表示本發(fā)明實施例，B1B4、C1C4分別表示比較例，分別是專利文獻(xiàn)US5,431,753A和專利文獻(xiàn)CN200480044461.3中的鋼材。表3列出了本發(fā)明實施例與比較例的力學(xué)性能。表2實施例與比較例的化學(xué)成分，wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3本發(fā)明鋼與比較鋼的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種高錳鋼，其特征在于包含如下重量百分比的化學(xué)成分C0.3～1.0％，Mn15.0～30.0％，V0.1～0.4％或Ti0.02～0.06％，P≤0.025％，S≤0.025％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2、如權(quán)利要求1所述的高錳鋼，其特征在于，所述C的重量百分含量為0.50.9%。3、如權(quán)利要求l所述的高錳鋼，其特征在于，所述P的重量百分含量《0.01X。4、如權(quán)利要求l所述的高錳鋼，其特征在于，所述S的重量百分含量《0.006%。5、如權(quán)利要求l所述的高錳鋼，其特征在于，所述Mn和所述C的關(guān)系為31《15XC(wt%)+Mn(wt%)《36。6、權(quán)利要求l所述高錳鋼的制造方法，包括澆注、鑄造、熱軋、冷卻、巻取工序，其特征在于，所述高錳鋼包含如下重量百分比的化學(xué)成分C:0.31.0%，Mn:15.030.0%,V:0.10.4X或Ti:0.020.06%，P:《0.025%，S:《0.025%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。7、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述澆注工序中澆注溫度為14501490°C。8、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述鑄造工序采用模鑄或連鑄。9、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述熱軋工序中軋制溫度為1150125(TC，終軋溫度為870930°C。10、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述冷卻工序為空冷35秒，然后水冷。11、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述巻取工序中巻取溫度為500560。C。12、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述熱軋工序后還包括酸洗、冷軋、退火工序，所述冷軋工序中冷軋壓下率為40%80%。13、如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述熱軋工序后還包括酸洗、冷軋、退火工序，所述退火工序為連續(xù)退火或罩式爐退火，退火溫度為500950°C，退火時間為2360min。全文摘要本發(fā)明提供一種具有優(yōu)良力學(xué)性能的高錳鋼，以重量百分比計，其化學(xué)成分包含C0.3～1.0％，Mn15.0～30.0％，P≤0.025％，S≤0.025％，V0.1～0.4％或Ti0.02～0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供該鋼的制造方法，包括澆注、鑄造、熱軋、冷卻、卷取工序。本發(fā)明鋼不添加Al和Si元素，是一種具有較好的TWIP效應(yīng)的高強(qiáng)度高塑性的高錳鋼，可以用來制造汽車上高強(qiáng)度，高塑性以及高的撞擊吸收能的部件。文檔編號C22C38/12GK101649412SQ200810041728公開日2010年2月17日申請日期2008年8月15日優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日發(fā)明者馮偉駿,利王,馬鳳倉申請人:寶山鋼鐵股份有限公司