釩合金化tam鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種fji合金化TAM鋼及其制造工藝，屬于金屬成分設(shè)計與熱加工技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] TAM 鋼，又稱 TRIP 型退火馬氏體鋼（TRIP-aided Annealed Martensite Matrix)， 是 Q&P鋼的一種。汽車用 Q&P (Quenching and Partitioning)鋼作為第三代 AHSS (Advanced High Strength Steels)鋼，具有天然優(yōu)勢，達到了強度與塑性的良好匹配，實驗室數(shù)據(jù)顯 示，汽車用Q&P鋼的強度在lOOOMPa以上，并且延伸率達到18 %以上，完全能勝任保險杠 (防撞橫梁）、側(cè)防撞梁（W型）等部件的要求。TAM鋼最大的特點是突破了傳統(tǒng)TRIP鋼的 多邊形鐵素體基體或者貝氏體基體組織，使用了板條馬氏體在兩相區(qū)重新加熱時形成的退 火板條馬氏體組織，配合以板條間片狀殘余奧氏體，獲得了優(yōu)異的力學(xué)性能。這類鋼一般還 可通過加入Nb、V和Ti，利用析出物進行強化。而釩是一種強碳氮化物形成元素，由于具有 良好的析出強化作用且回火過程中能夠二次析出而被廣泛應(yīng)用。近年來，超高強度鋼的開 發(fā)以及氫致延遲斷裂問題的日益突出，釩具有更強的氫陷阱作用，在改善超高強度鋼的耐 氫致延遲斷裂方面的作用也得到大量的研究。
[0003] 其中，相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）之所以比其他高強度鋼性能優(yōu)異的原因是根據(jù) 鋼的合金化合相變原理，采用特定的化學(xué)成分和獨特的熱處理工藝，充分運用鋼中"相變誘 發(fā)馬氏體效應(yīng)"的結(jié)果。當(dāng)鋼中含有一定量的奧氏體形成元素，再經(jīng)過兩相區(qū)（a+y)溫度 內(nèi)臨界退火和在隨后的中溫貝氏體等溫淬火，從而得到較大量的殘余奧氏體，當(dāng)鋼受到載 荷作用發(fā)生變形時，就會使鋼中的殘余奧氏體進行誘發(fā)馬氏體相變，導(dǎo)致鋼的強度、塑性顯 著提高，即為"TRIP效應(yīng)"。
[0004] 而對于鋼熱處理的新工藝一一Q&P工藝，與傳統(tǒng)的淬火-回火工藝不同，其是為得 到更穩(wěn)定殘余奧氏體，應(yīng)用鋼中含Si，A1 (甚至P)元素，以阻礙Fe3C的析出，使碳自馬氏體 分配到奧氏體，奧氏體應(yīng)富碳，在再次冷卻時不會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，為高強度鋼兼具韌性提供 新的有效工藝。同時，穩(wěn)定的奧氏體薄膜在馬氏體束周圍形成后，減少氫致裂紋擴展速率， 從而提高了鋼抗氫致延遲斷裂性能。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中對TRIP鋼的研究大多采用不添加釩的普通鋼，而且工藝僅僅使用傳 統(tǒng)工藝，其制備的TRIP鋼的綜合力學(xué)性能，例如強度和塑性，尤其是其抗氫致延遲斷裂性 能，均還不能滿足第三代汽車用鋼的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種具有更好的強度和塑性，尤其是其 抗氫致延遲斷裂性能的釩合金化TAM鋼。
[0007] 釩合金化TAM鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計為：C 0. 18~0. 21%、Si 1. 48~ 1. 55%、Mnl. 90 ~2. 20%、P 彡 0? 020%、S 彡 0? 015%、V 0? 19 ~0? 21%、A1 彡 0? 04%，余 量為Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0008] 進一步的，作為優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述釩合金化TAM鋼，其化學(xué)成分按重量 百分比計為：C 0? 1963%、Si 1. 53%、Mn 2. 13%、P 0? 0067%、S 0? 0056%、V 0? 20%、A1 0. 0088 %，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0009] 上述所述釩合金化TAM鋼，其屈服強度Rpa2> 500MPa，抗拉強度Rm > 1050MPa，斷 后伸長率A > 25%，強塑積RmXA > 25GPa ? %。
[0010] 進一步的，作為優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述釩合金化TAM鋼，鋼的屈服強度R pa2= 853MPa，抗拉強度 Rm = 1254MPa，斷后伸長率 A = 25. 7%，強塑積 RmXA = 32. 2GPa ? %。
[0011] 上述所述釩合金化TAM鋼，其金相組織為馬氏體基體+殘余奧氏體+貝氏體/鐵 素體的混合組織。
[0012] 為了充分利用我國釩鈦磁鐵礦資源，改善TAM鋼的強韌性，提高含釩TAM鋼的綜合 力學(xué)性能和優(yōu)異的抗氫致延遲斷裂性能，本發(fā)明采用新型釩合金化成分設(shè)計，板坯中含釩 的碳化物等的析出改善了 TAM鋼的強韌性。通過系統(tǒng)、科學(xué)地掌握鋼材中各種組織缺陷和 析出物的氫陷阱潛力，建立起儲氫鋼鐵材料和超高強度鋼的抗氫致延遲斷裂的解決方案， 對于第三代汽車用鋼的開發(fā)與應(yīng)用具有重要意義，對未來氫能源的利用提供戰(zhàn)略性材料儲 備技術(shù)，促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，維護國家能源安全提供材料保障。同時可使我國在這一 領(lǐng)域的研究處在國際前沿，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料設(shè)計和控制技術(shù)。
[0013] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種釩合金化TAM鋼的制備方法。
[0014] 釩合金化TAM鋼的制備方法，其具體包括傳統(tǒng)機械乳制工藝冶煉、熱乳、冷乳和新 工藝Q&P工藝：
[0015] a、機械乳制工藝：將鋼坯冶煉澆鑄成板坯，在1150~1250°C下加熱70~90min 后，再熱乳乳制成3~5mm厚熱乳鋼板，再經(jīng)過冷乳乳制到1~1. 5_，冷乳壓下率為65~ 75%，得到鐵素體+珠光體組織；其中，熱乳終乳溫度750~850°C，卷取溫度650~700°C;
[0016] b、Q&P工藝：將a步驟得到的冷乳板，先以10°C /s升溫至奧氏體化溫度900~ 920°C，保溫600s，再以50°C /s降溫至室溫；然后以10°C /s重新升溫至退火溫度760~ 850°C，保溫600s，再以50°C /s降溫至配分溫度150~450°C，保溫50~200s，最后以50°C / s降溫至室溫，即得。
[0017] 進一步的，作為更優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述釩合金化TAM鋼的制備方法：
[0018] a步驟中板坯優(yōu)選在1200°C下加熱80min后，再熱乳乳制成4mm厚熱乳鋼板，再經(jīng) 過冷乳乳制得到1. 2mm后冷乳鋼板，冷乳壓下率為70%;其中，熱乳終乳溫度優(yōu)選為800°C， 卷取溫度優(yōu)選為670 °C;
[0019] b步驟中將a步驟得到的冷乳板，先以10°C /s升溫至奧氏體化溫度920°C，保溫 600s，再以50°C /s降溫至室溫；然后以10°C /s重新升溫至退火溫度800°C，保溫600s，再 以50°C /s降溫至配分溫度450°C，保溫100s，最后以50°C /s降溫至室溫，即得本發(fā)明金相 組織為馬氏體基體+殘余奧氏體+貝氏體/鐵素體的混合組織TAM鋼。
[0020] 上述所述優(yōu)選釩合金化TAM鋼的制備方法制備的TAM鋼，其屈服強度R pa2 = 853MPa，抗拉強度 Rm = 1254MPa，斷后伸長率 A = 25. 7%，強塑積 RmXA = 32. 2GPa ? %。
[0021] 其中，a步驟中熱乳工藝可以采用2050熱乳帶鋼乳機，在冷乳機上冷乳前需要將 熱乳鋼板酸洗，以除去表面氧化皮及油污。
[0022] 本發(fā)明采用釩合金化方式加入適量的釩，通過釩的碳化物等的析出改善了 TAM鋼 的強韌性，從而提高了含釩TAM鋼的綜合力學(xué)性能，使鋼板具有較高的強度和塑性，尤其是 采用鋼熱處理的新工藝一一Q&P工藝，與傳統(tǒng)的淬火-回火工藝不同，得到了更穩(wěn)定殘余奧 氏體，而穩(wěn)定的奧氏體薄膜在馬氏體束周圍形成后，減少氫致裂紋擴展速率，從而提高了鋼 抗氫致延遲斷裂性能。本發(fā)明含釩TAM鋼的生產(chǎn)工藝方法，與常見生產(chǎn)方法相比增加了一 次中間退火過程，使鋼材組織性能更加穩(wěn)定。
【具體實施方式】
[0023] 本發(fā)明釩合金化TAM鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計為：C 0.18~0.21%、 Si 1.48 ~1.55%、Mn 1.90 ~2.20%、P 彡 0.020%、S 彡 0.015%、V 0.19 ~0.21%、 A1 < 0. 04%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0024] 進一步的，作為優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述釩合金化TAM鋼，其化學(xué)成分按重量 百分比計為：C 0? 1963%、Si 1. 53%、Mn 2. 13%、P 0? 0067%、S 0? 0056%、V 0? 20%、A1 0. 0088