鈮合金化tam鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種銀合金化TAM鋼及其制造工藝，屬于金屬成分設計與熱加工技術 領域。
【背景技術】
[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，具有天然優勢，達到了強度與塑性的良好匹配，實驗室數據顯 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）、側防撞梁（W型）等部件的要求。TAM鋼最大的特點是突破了傳統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，獲得了優異的力學性能。這類鋼一般可 通過加入Nb、V和Ti，利用析出物進行強化。而Nb是一種強碳氮化物形成元素，能夠細化晶 粒，與其它元素一起既能提高鋼的強度也能改善鋼的韌性。Nb亦可經濟有效地提高鋼的氫 致延遲斷裂的阻力。近年來，超高強度鋼的開發以及氫致延遲斷裂問題的日益突出，Nb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，相變誘發塑性鋼（TRIP鋼）之所以比其他高強度鋼性能優異的原因是根據 鋼的合金化合相變原理，采用特定的化學成分和獨特的熱處理工藝，充分運用鋼中"相變誘 發馬氏體效應"的結果。當鋼中含有一定量的奧氏體形成元素，再經過兩相區（a+y)溫度 內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，當鋼受到載 荷作用發生變形時，就會使鋼中的殘余奧氏體進行誘發馬氏體相變，導致鋼的強度，塑性顯 著提高，即為"TRIP效應"。
[0004] 而對于鋼熱處理的新工藝一一Q&P工藝，與傳統的淬火-回火工藝不同，其是為了 得到穩定的殘余奧氏體，應用鋼中含Si，Al (甚至P)元素，以阻礙Fe3C的析出，使碳自馬氏 體分配到奧氏體，奧氏體應富碳，在再次冷卻時不會轉變為馬氏體，為高強度鋼兼具韌性提 供新的有效工藝。同時，穩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] 現有技術中對TRIP鋼的研究大多采用不添加鈮的普通鋼，而且工藝僅僅使用傳 統工藝，其制備的TRIP鋼的綜合力學性能，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。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種具有更好的強度和塑性，尤其是具 有優異的抗氫致延遲斷裂性能的鈮合金化TAM鋼。
[0007] 鈮合金化TAM鋼，其化學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%、Nb 0? 04 ~0? 06%、A1 彡 0? 04%， 余量為Fe和不可避免雜質。
[0008] 進一步的，作為優選的技術方案，上述所述鈮合金化TAM鋼，其化學成分按重量百 分比計為：C 0? 1963%、Si 1. 53%、Mn 2. 13%、P 0? 0067%、S 0? 0056%、Nb 0? 05%、A1 0. 0088 %，余量為Fe和不可避免雜質。
[0009] 上述所述鈮合金化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，作為優選的技術方案，上述所述鈮合金化TAM鋼，鋼的屈服強度Rpa2= 709MPa，抗拉強度 Rm = 1148MPa，斷后伸長率 A = 30. 1 %，強塑積 RmXA = 34. 6GPa ? %。
[0011] 上述所述鈮合金化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] 本發明由于采用新型鈮合金化成分設計的板坯含鈮的碳化物等的析出改善了 TAM 鋼的強韌性，從而提高了含鈮TAM鋼的綜合力學性能，尤其表現在含鈮鋼具有優異的抗氫 致延遲斷裂性能，本鋼種可充分利用攀鋼釩鈦磁鐵礦資源。通過系統、科學地掌握鋼材中各 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，無論是對于第三代汽車用鋼的開發與應用具有重要意義，對未來氫能源的利 用提供戰略性材料儲備技術，促進國民經濟可持續發展，維護國家能源安全提供材料保障。 同時可使我國在這一領域的研究處在國際前沿，形成具有自主知識產權的材料設計和控制 技術。
[0013] 本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種鈮合金化TAM鋼的制備方法。
[0014] 鈮合金化TAM鋼的制備方法，其具體包括傳統機械乳制工藝冶煉、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，作為更優選的技術方案，上述所述鈮合金化TAM鋼的制備方法：
[0018] a步驟中板坯優選在1200°C下加熱80min后，再熱乳乳制成4mm厚熱乳鋼板，再經 過冷乳乳制得到1. 2mm后冷乳鋼板，冷乳壓下率為70%;其中，熱乳終乳溫度優選為800°C， 卷取溫度優選為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400°C，保溫200s，最后以50°C /s降溫至室溫，即得本發明金相 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] 上述所述優選鈮合金化TAM鋼的制備方法制備的TAM鋼，其屈服強度Rpa2 = 709MPa，抗拉強度 Rm = 1148MPa，斷后伸長率 A = 30. 1 %，強塑積 RmXA = 34. 6GPa ? %。
[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] 本發明采用鈮微合金化方式加入適量的鈮，通過鈮的碳化物等的析出改善了 TAM 鋼的強韌性，從而提高了含鈮TAM鋼的綜合力學性能，使鋼板具有較高的強度和塑性，尤其 具有優異的抗氫致延遲斷裂性能。本發明含鈮TAM鋼的生產工藝方法，與常見生產方法相 比增加了一次中間退火過程，使鋼材組織性能更加穩定。
【具體實施方式】
[0023] 鈮合金化TAM鋼，其化學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%、Nb 0? 04 ~0? 06%、A1 彡 0? 04%， 余量為Fe和不可避免雜質。
[0024] 進一步的，作為優選的技術方案，上述所述鈮合金化TAM鋼，其化學成分按重量 百分比計為：C 0? 1963%、Si 1. 53%、Mn2. 13%、P 0? 0067%、S 0? 0056%、Nb 0? 05%、A1 0. 0088 %，余量為Fe和不可避免雜質。