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山东金属学会成立于1981年8月18日,是由山东地区钢铁、有色金属、焦化和耐火材料企业、高等院校、科研院所等单位组成的学术性社会团体,是山东省冶金行业的科技组织,是山东省科学技术协会的组成部分,是中国金属学会的团体会员单位。学会挂靠山东省冶金工业总公司,业务受中国金属学会指导,由山东省科学技术协会主管,登记机关和监督管理部门是山东省民政厅。2013年12月11日进行了第四届理事会改选换届,理事会由83名理事组成。目前,理事长为山东省冶金工业总公司总经理、山东钢铁集团有限公司董事长侯军先生。

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浦项孪晶诱导塑性(TWIP)钢的研发

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发布时间:
2015/08/28 16:50
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【摘要】:

  现代汽车工业向节能、降耗、环保及更安全方向发展,促使开发超高强度钢,实现汽车轻量化为目标的研发成为钢铁企业和科研部门的重点内容之一。随着强度的提高, 对汽车用钢的强韧性水平又有了更高的要求。此外,为了提高汽车的抗撞安全性能和较低的生产成本,还要求汽车用钢具备尽可能高的吸收能、高成形性、高扩孔性、优良可涂镀性。为实现这一目标, 近年来世界主要汽车钢生产企业及科研部门开展了集中攻关研发, 开发出一系列兼具高强度和高延伸性的汽车车身用钢,如双相(DP) 钢、相变诱发塑性(TRIP) 钢和复相(CP) 钢等高强度钢,以及正在汽车制造业上商业化试应用的孪晶诱导塑性(TWIP) 钢。这些种类的钢中以TWIP钢综合性能为最佳。该钢主要化学成分(质量分数%)大致为: C 0.03~1.5 , Mn 5~35 , A1 ≤3、Si ≤3 , 其余为Fe 。此外还可添加其他各种合金化元素。其主要力学性能特点为: 断后伸长率可达30 %~95 %,抗拉强度一般在600~1924MPa,部分试验产品的强塑积已高达50000MPa,以上,是高强韧性TRIP钢的2倍,因而在受撞击等高应变过程中, 可以保证汽车非常高的安全性,这是TWIP 钢备受关注的一个极其重要的原因。

  目前国际上对TWIP 钢的研发包括第一代Fe-25Mn-3Al-3Si-0.03C 系列,以及第二代Fe-23Mn–0.6C 系列,其中以安赛乐米塔尔与蒂森克虏伯合作开发的Fe-Mn-C系列TWIP 钢较为典型,抗拉强度级别已经覆盖600~1400MPa。浦项开发TWIP 钢的成分设计基本以第二代为主,成分主要具有几个特点:

(1)热轧钢板的Mn 含量上下限都较低,且添加较大量的Ni 和Cu 合金元素。

(2)热轧板钢对Si和N含量没有明确限定,也没有提及可涂镀性能。相反,其他涉及镀层的钢都对Si和N含量做出明确限定。

(3) 两种热轧板成分设计,与开发单一镀层板及可提供热轧、冷轧和镀层板的钢比,成分设计比较简单。

(4) 开发的镀层钢的成分设计方案相对最为复杂,所涉及的元素多达23种, 并提供4组合金元素添加方案,可以为镀层板提供镀层用5种基板。

  浦项开发的冷轧TWIP钢板坯加热至1200 ℃并保温,然后进行热轧,终轧温度900 ℃。在650 ℃时卷取热轧板, 之后对热轧板进行酸洗,接着以50 %的压下率进行冷轧,随后,在800 ℃条件下对冷轧板进行模拟连续退火热处理,而后再在400 ℃条件下对退火板进行400s 的过时效处理。其抗拉强度在678~934 MPa 范围,伸长率在40.3%~80.9 %范围。另可见, 冷轧板的屈服强度低、抗拉强度高, 即屈强比低, 而加工硬化性良好, 兼备高强度和高塑性的特点, 因此适用于制造变形程度大且要求强度高的车身零部件, 如车门加强板和保险杠等。浦项发现, 对单一高锰奥氏体相的试验钢进行二次冷轧和镀层板, 可以获得更高的强度和优良的抗腐蚀性。例如, 如果一次冷轧板的屈服强度和抗拉强度分别为471.3 和939.9MPa,那么经过若干压下量的二次冷轧后,其主要力学性能可提高。二次冷轧后的TWIP 钢抗拉强度最高已达1924MPa 。在高锰钢板的表面可以涂敷Zn-Fe-Mn 等成分的热镀锌层或合金化热镀锌层,没有发现裸镀区,经过SST 和CCT 耐腐蚀试验,其镀膜气泡均在4mm 以下,表明镀层后的耐腐蚀性优良。

  浦项开发TWIP钢第一阶段的任务已经结束, 并宣布浦项制铁即将商业化生产TWIP 钢, 并已向韩国现代起亚汽车公司以及克莱斯勒、通用、大众等汽车公司提供了TWIP 钢标本。随着浦项等世界大型钢铁企业TWIP 钢的深入研究和开发, TWIP 钢力学性能、可镀性、表面质量等各项指标的综合性能将越来越稳定。以汽车轻量化为目的而开发的、具有优良综合力学性能的TWIP 钢将会逐渐成为汽车用钢的主力军。

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