本發(fā)明屬于鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高氮中錳鋼薄帶及其近終成形制備方法。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，節(jié)能、減排和提高安全性已經(jīng)是其主要的發(fā)展目標(biāo)。應(yīng)用先進(jìn)高強(qiáng)鋼以實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一個(gè)重要手段。先進(jìn)高強(qiáng)鋼一方面具有較高的強(qiáng)塑積（強(qiáng)度×延伸率），強(qiáng)塑積已經(jīng)是衡量先進(jìn)高強(qiáng)鋼性能的重要指標(biāo)；先進(jìn)高強(qiáng)鋼另一方面具有較好的成形性能、耐碰撞性能和高加工硬化能力等優(yōu)良性能。目前，先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼已經(jīng)發(fā)展到第三代。第一代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼主要包括無間隙原子鋼（IF）、高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）、雙相鋼（DP）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP）和馬氏體鋼等鋼種，它們的強(qiáng)塑積為10~20 GPa·％，第一代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼已經(jīng)可以應(yīng)用于汽車工業(yè)。第二代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼具有較高的合金元素的添加，如添加較高M(jìn)n元素的孿晶誘發(fā)塑性鋼（TWIP）。由于第二代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼添加了較高的合金元素，并且它們需要復(fù)雜的處理工藝，因此第二代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼成本比較高，其應(yīng)用受到了一定限制。第三代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼的目標(biāo)是，相對(duì)于第二代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼，降低合金添加量以降低成本，獲得較高強(qiáng)塑積及良好成型性的先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼，從而滿足汽車工業(yè)的需求。目前認(rèn)為，中錳鋼是第三代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼的重要發(fā)展方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種高氮中錳鋼薄帶及其近終成形制備方法，利用雙輥薄帶連鑄技術(shù)的亞快速凝固過程有效的在鑄帶中固溶較高的氮含量（0.05~0.2％），經(jīng)過后續(xù)熱軋、卷曲、冷軋和逆向變退火，獲得性能優(yōu)良的高氮中錳鋼薄帶同時(shí)，縮短流程，降低成本。
本發(fā)明高氮中錳鋼薄帶，成分按質(zhì)量百分比為含C 0.05~0.5％，Mn 5~12％，N 0.05~0.2％，Si 0.05~2％，S<0.002％，P<0.003％，Al＜5％，余量為Fe；厚度0.5~1.2mm，抗拉強(qiáng)度為800~1200MPa，斷后延伸率為20~60％，強(qiáng)塑積為24~50GPa·％。
上述的高氮中錳鋼薄帶的組織由鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為80nm~5μm。
本發(fā)明的高氮中錳鋼薄帶的近終成形制備方法按以下步驟進(jìn)行：
1、按設(shè)定成分在氮?dú)獾臍夥障氯蹮掍撍?，然后澆注到中間包內(nèi)，再?gòu)闹虚g包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，經(jīng)鑄軋獲得厚度為1.8~3.0mm的鑄帶；
2、將鑄帶冷卻至開軋溫度后進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1000~1100℃，熱軋總壓下量為10~30％，終軋溫度為900~1000℃，獲得的熱軋板空冷至550~700℃進(jìn)行卷曲，得到熱軋板；
3、將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷軋，冷軋總壓下量為50~70％，得到冷軋板；
4、將冷軋板加熱至630~760℃保溫3min~12h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶。
上述方法中，熱軋板的厚度為1.5~2.4mm；高氮中錳鋼薄帶厚度為0.5~1.2mm。
本發(fā)明的特點(diǎn)是：制備的高氮中錳鋼薄帶具有較高的氮含量（0.05~0.2％），可以高于傳統(tǒng)常規(guī)的制備方法；高氮中錳鋼薄帶中較高的氮含量一方面可以保證有足夠的氮原子能夠以間隙原子的形式來穩(wěn)定和強(qiáng)化奧氏體；另一方面可以保證形成大量的細(xì)小彌散的強(qiáng)化相，提高了高氮中錳鋼薄帶的強(qiáng)度。
中錳鋼的主要合金元素為錳和碳，其中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為4~12％，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.1~0.5％；錳元素在中錳鋼中的主要作用是首先通過獲得馬氏體組織，然后在隨后的逆轉(zhuǎn)變過程中，錳元素在奧氏體相富集、穩(wěn)定奧氏體，從而利用馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槌?xì)晶的鐵素體和奧氏體組織；碳元素同樣富集到奧氏體中，起到穩(wěn)定奧氏體作用；經(jīng)過逆向變后，中錳鋼組織中奧氏體的體積分?jǐn)?shù)一般在20~50％；此外，可以在中錳鋼中添加一定量的Al元素，這種成分體系下所制備的中錳鋼組織比不加鋁的中錳鋼組織要粗大；中錳鋼不僅相對(duì)于第二代汽車高強(qiáng)鋼降低了一定的合金成分，而且綜合力學(xué)性能得到顯著改善；
雙輥薄帶連鑄技術(shù)是以液態(tài)金屬為澆注原料，利用旋轉(zhuǎn)方向相反兩個(gè)的鑄輥?zhàn)鳛榻Y(jié)晶器，液態(tài)金屬通過中間包澆注在鑄輥間形成熔池并通過鑄輥輥縫凝固并成型，直接制備出厚度為1~5mm的帶材的技術(shù)；該技術(shù)可以使帶鋼生產(chǎn)線縮短至50~60m，是鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)中典型的節(jié)能、環(huán)保、低成本的短流程技術(shù)；此外，其凝固過程為典型的亞快速凝固，冷卻速度可以達(dá)到1000K/s，有助于組織細(xì)化和抑制成分偏析；通常，在傳統(tǒng)常規(guī)厚板坯及薄板坯連鑄（澆鑄）過程，凝固時(shí)冷卻速度較?。ê癜迮鳎海?0-2K/s；薄板坯：10-2~101K/s），若在成分設(shè)計(jì)上添加較高氮元素，鑄坯中極易出現(xiàn)氣孔和縮孔缺陷，采用雙輥薄帶連鑄技術(shù)可以很好地解決該類缺陷，提高成材率；本發(fā)明主要利用薄帶連鑄的亞快速凝固特點(diǎn)，使大量的氮元素固溶在鑄帶中，以開發(fā)性能優(yōu)異的高氮中錳鋼；
經(jīng)檢索，專利CN 105925896 A公開了一種1000MPa級(jí)高強(qiáng)度高塑性熱軋鋼板及其制造方法；該專利中高強(qiáng)度高塑性熱軋鋼板的成分及質(zhì)量百分比為：C 0.15~0.3％，Mn 5~6％，N 0.05~0.12％，Si<0.2％，S<0.01％，P<0.01％，Al 0.002~0.04％，余量為Fe；該專利中生產(chǎn)工藝采用傳統(tǒng)常規(guī)的制備方法，即冶煉→澆鑄成鑄錠→再加熱→熱軋→逆向變退火；與專利CN 105925896 A不同的的是，本發(fā)明采用雙輥薄帶連鑄技術(shù)，利用其亞快速凝固特點(diǎn)，使高氮中錳鋼中氮含量最高可以達(dá)到0.2%，可以高于專利CN 105925896 A中高強(qiáng)度高塑性熱軋鋼板的氮含量，并且本發(fā)明采用的是短流程近終成型技術(shù)，省去傳統(tǒng)常規(guī)流程的再加熱流程，節(jié)約能耗，降低成本。
本發(fā)明的方法采用的是雙輥薄帶連鑄技術(shù)，該技術(shù)的凝固過程為亞快速凝固，冷卻速率可以達(dá)到1000℃/s，在薄帶連鑄過程中，該技術(shù)的亞快速凝固能夠保證相變過程快速通過鐵素體單相區(qū)，進(jìn)入奧氏體單相區(qū)，由于奧氏體溶氮的能力較強(qiáng)，能夠保證氮的均勻分布，不會(huì)產(chǎn)生氣孔和縮孔缺陷。
本發(fā)明所制備的高氮中錳鋼薄帶的近終成形制備方法采用的是雙輥薄帶連鑄技術(shù)，該技術(shù)可以省去傳統(tǒng)常規(guī)帶鋼生產(chǎn)工藝的連鑄機(jī)、加熱爐、粗軋機(jī)組及精軋機(jī)組等生產(chǎn)設(shè)備，是一種節(jié)能、環(huán)保、低成本的短流程技術(shù)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的高氮中錳鋼薄帶的近終成形制備方法流程示意圖，其中，1、鋼包，2、中間包，3、熔池，4、鑄輥，5、鑄帶，6、熱軋機(jī)，7、熱軋板，8、卷取機(jī)，9、酸洗，10、冷軋機(jī)，11、冷軋板，12、逆向變退火，13、高氮中錳鋼薄帶。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的鋼水從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，是將中間包中的鋼水澆入旋轉(zhuǎn)方向相反的兩個(gè)鑄輥和側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池，鋼液經(jīng)鑄輥的輥縫凝固并導(dǎo)出。
本發(fā)明實(shí)施例中強(qiáng)度和延伸率的測(cè)試采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T228.1-2010，拉伸樣的標(biāo)距為50mm，室溫下測(cè)試，拉伸速率為2mm/min。
實(shí)施例1
在氮?dú)獾臍夥障氯蹮掍撍?，其成分按質(zhì)量百分比為含C 0.1％，Mn 5％，N 0.05％，Si 0.05％，S 0.001％，P 0.002％，Al 0.001％，余量為Fe；然后澆注到中間包內(nèi)，再?gòu)闹虚g包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，經(jīng)鑄軋獲得厚度為1.8mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1000℃，熱軋總壓下量為17％，終軋溫度為900℃，獲得的熱軋板空冷至700℃進(jìn)行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為1.5mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷軋，冷軋總壓下量為60％，得到厚度0.6mm冷軋板；
將冷軋板加熱至680℃保溫1h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由超細(xì)晶鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為80nm~200nm，抗拉強(qiáng)度為1000MPa，斷后延伸率為30％，強(qiáng)塑積為30GPa·％。
實(shí)施例2
在氮?dú)獾臍夥障氯蹮掍撍涑煞职促|(zhì)量百分比為含C 0.2％，Mn 9％，N 0.15％，Si 0.1％，S 0.0008％，P 0.001％，Al 0.009％，余量為Fe；然后澆注到中間包內(nèi)，再?gòu)闹虚g包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，經(jīng)鑄軋獲得厚度為3.0mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1100℃，熱軋總壓下量為20％，終軋溫度為1000℃，獲得的熱軋板空冷至670℃進(jìn)行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為2.4mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷軋，冷軋總壓下量為50％，得到厚度1.2mm冷軋板；
將冷軋板加熱至660℃保溫4h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由超細(xì)晶鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為100nm~300nm，其抗拉強(qiáng)度為1050MPa，斷后延伸率為40％，強(qiáng)塑積為42GPa·％。
實(shí)施例3
在氮?dú)獾臍夥障氯蹮掍撍?，其成分按質(zhì)量百分比為含C 0.5％，Mn 12％，N 0.2％，Si 2％，S 0.001％，P 0.002％，Al 0.002％，余量為Fe；然后澆注到中間包內(nèi)，再?gòu)闹虚g包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，經(jīng)鑄軋獲得厚度為2.5mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1050℃，熱軋總壓下量為24％，終軋溫度為950℃，獲得的熱軋板空冷至650℃進(jìn)行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為1.9mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷軋，冷軋總壓下量為70％，得到厚度0.57mm冷軋板；
將冷軋板加熱至630℃保溫12h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由超細(xì)晶鐵素體+奧氏體或組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為100nm~200nm，其抗拉強(qiáng)度為1200MPa，斷后延伸率為20％，強(qiáng)塑積為24GPa·％。
實(shí)施例4
在氮?dú)獾臍夥障氯蹮掍撍?，其成分按質(zhì)量百分比為含C 0.25％，Mn 10％，N 0.05％，Si 1.8％，S 0.001％，P 0.0025％，Al 5％，余量為Fe；然后澆注到中間包內(nèi)，再?gòu)闹虚g包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，經(jīng)鑄軋獲得厚度為2.7mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1100℃，熱軋總壓下量為10％，終軋溫度為990℃，獲得的熱軋板空冷至550℃進(jìn)行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為2.4mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷軋，冷軋總壓下量為50％，得到厚度1.2mm冷軋板；
將冷軋板加熱至760℃保溫3min，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為1μm ~5μm，其抗拉強(qiáng)度為1000MPa，斷后延伸率為50％，強(qiáng)塑積為50GPa·％。
實(shí)施例5
在氮?dú)獾臍夥障氯蹮掍撍涑煞职促|(zhì)量百分比為含C 0.05％，Mn 12％，N 0.16％，Si 1.1％，S 0.001％，P 0.0021％，Al 0.0031％，余量為Fe；然后澆注到中間包內(nèi)，再?gòu)闹虚g包澆入雙輥薄帶連鑄設(shè)備中，經(jīng)鑄軋獲得厚度為2.15mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1100℃，熱軋總壓下量為30％，終軋溫度為950℃，獲得的熱軋板空冷至600℃進(jìn)行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為1.5mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷軋，冷軋總壓下量為66％，得到厚度0.5mm冷軋板；
將冷軋板加熱至670℃保溫5h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為150nm~350nm，抗拉強(qiáng)度為800MPa，斷后延伸率為60％，強(qiáng)塑積為48GPa·％。