钒合金化tam钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种fji合金化TAM钢及其制造工艺，属于金属成分设计与热加工技术 领域。
【背景技术】
[0002] TAM 钢，又称 TRIP 型退火马氏体钢（TRIP-aided Annealed Martensite Matrix)， 是 Q&P钢的一种。汽车用 Q&P (Quenching and Partitioning)钢作为第三代 AHSS (Advanced High Strength Steels)钢，具有天然优势，达到了强度与塑性的良好匹配，实验室数据显 示，汽车用Q&P钢的强度在lOOOMPa以上，并且延伸率达到18 %以上，完全能胜任保险杠 (防撞横梁）、侧防撞梁（W型）等部件的要求。TAM钢最大的特点是突破了传统TRIP钢的 多边形铁素体基体或者贝氏体基体组织，使用了板条马氏体在两相区重新加热时形成的退 火板条马氏体组织，配合以板条间片状残余奥氏体，获得了优异的力学性能。这类钢一般还 可通过加入Nb、V和Ti，利用析出物进行强化。而钒是一种强碳氮化物形成元素，由于具有 良好的析出强化作用且回火过程中能够二次析出而被广泛应用。近年来，超高强度钢的开 发以及氢致延迟断裂问题的日益突出，钒具有更强的氢陷阱作用，在改善超高强度钢的耐 氢致延迟断裂方面的作用也得到大量的研究。
[0003] 其中，相变诱发塑性钢（TRIP钢）之所以比其他高强度钢性能优异的原因是根据 钢的合金化合相变原理，采用特定的化学成分和独特的热处理工艺，充分运用钢中"相变诱 发马氏体效应"的结果。当钢中含有一定量的奥氏体形成元素，再经过两相区（a+y)温度 内临界退火和在随后的中温贝氏体等温淬火，从而得到较大量的残余奥氏体，当钢受到载 荷作用发生变形时，就会使钢中的残余奥氏体进行诱发马氏体相变，导致钢的强度、塑性显 著提高，即为"TRIP效应"。
[0004] 而对于钢热处理的新工艺一一Q&P工艺，与传统的淬火-回火工艺不同，其是为得 到更稳定残余奥氏体，应用钢中含Si，A1 (甚至P)元素，以阻碍Fe3C的析出，使碳自马氏体 分配到奥氏体，奥氏体应富碳，在再次冷却时不会转变为马氏体，为高强度钢兼具韧性提供 新的有效工艺。同时，稳定的奥氏体薄膜在马氏体束周围形成后，减少氢致裂纹扩展速率， 从而提高了钢抗氢致延迟断裂性能。
[0005] 现有技术中对TRIP钢的研究大多采用不添加钒的普通钢，而且工艺仅仅使用传 统工艺，其制备的TRIP钢的综合力学性能，例如强度和塑性，尤其是其抗氢致延迟断裂性 能，均还不能满足第三代汽车用钢的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有更好的强度和塑性，尤其是其 抗氢致延迟断裂性能的钒合金化TAM钢。
[0007] 钒合金化TAM钢，其化学成分按重量百分比计为：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 量为Fe和不可避免杂质。
[0008] 进一步的，作为优选的技术方案，上述所述钒合金化TAM钢，其化学成分按重量 百分比计为：C 0? 1963%、Si 1. 53%、Mn 2. 13%、P 0? 0067%、S 0? 0056%、V 0? 20%、A1 0. 0088 %，余量为Fe和不可避免杂质。
[0009] 上述所述钒合金化TAM钢，其屈服强度Rpa2> 500MPa，抗拉强度Rm > 1050MPa，断 后伸长率A > 25%，强塑积RmXA > 25GPa ? %。
[0010] 进一步的，作为优选的技术方案，上述所述钒合金化TAM钢，钢的屈服强度R pa2= 853MPa，抗拉强度 Rm = 1254MPa，断后伸长率 A = 25. 7%，强塑积 RmXA = 32. 2GPa ? %。
[0011] 上述所述钒合金化TAM钢，其金相组织为马氏体基体+残余奥氏体+贝氏体/铁 素体的混合组织。
[0012] 为了充分利用我国钒钛磁铁矿资源，改善TAM钢的强韧性，提高含钒TAM钢的综合 力学性能和优异的抗氢致延迟断裂性能，本发明采用新型钒合金化成分设计，板坯中含钒 的碳化物等的析出改善了 TAM钢的强韧性。通过系统、科学地掌握钢材中各种组织缺陷和 析出物的氢陷阱潜力，建立起储氢钢铁材料和超高强度钢的抗氢致延迟断裂的解决方案， 对于第三代汽车用钢的开发与应用具有重要意义，对未来氢能源的利用提供战略性材料储 备技术，促进国民经济可持续发展，维护国家能源安全提供材料保障。同时可使我国在这一 领域的研究处在国际前沿，形成具有自主知识产权的材料设计和控制技术。
[0013] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种钒合金化TAM钢的制备方法。
[0014] 钒合金化TAM钢的制备方法，其具体包括传统机械乳制工艺冶炼、热乳、冷乳和新 工艺Q&P工艺：
[0015] a、机械乳制工艺：将钢坯冶炼浇铸成板坯，在1150~1250°C下加热70~90min 后，再热乳乳制成3~5mm厚热乳钢板，再经过冷乳乳制到1~1. 5_，冷乳压下率为65~ 75%，得到铁素体+珠光体组织；其中，热乳终乳温度750~850°C，卷取温度650~700°C;
[0016] b、Q&P工艺：将a步骤得到的冷乳板，先以10°C /s升温至奥氏体化温度900~ 920°C，保温600s，再以50°C /s降温至室温；然后以10°C /s重新升温至退火温度760~ 850°C，保温600s，再以50°C /s降温至配分温度150~450°C，保温50~200s，最后以50°C / s降温至室温，即得。
[0017] 进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述钒合金化TAM钢的制备方法：
[0018] a步骤中板坯优选在1200°C下加热80min后，再热乳乳制成4mm厚热乳钢板，再经 过冷乳乳制得到1. 2mm后冷乳钢板，冷乳压下率为70%;其中，热乳终乳温度优选为800°C， 卷取温度优选为670 °C;
[0019] b步骤中将a步骤得到的冷乳板，先以10°C /s升温至奥氏体化温度920°C，保温 600s，再以50°C /s降温至室温；然后以10°C /s重新升温至退火温度800°C，保温600s，再 以50°C /s降温至配分温度450°C，保温100s，最后以50°C /s降温至室温，即得本发明金相 组织为马氏体基体+残余奥氏体+贝氏体/铁素体的混合组织TAM钢。
[0020] 上述所述优选钒合金化TAM钢的制备方法制备的TAM钢，其屈服强度R pa2 = 853MPa，抗拉强度 Rm = 1254MPa，断后伸长率 A = 25. 7%，强塑积 RmXA = 32. 2GPa ? %。
[0021] 其中，a步骤中热乳工艺可以采用2050热乳带钢乳机，在冷乳机上冷乳前需要将 热乳钢板酸洗，以除去表面氧化皮及油污。
[0022] 本发明采用钒合金化方式加入适量的钒，通过钒的碳化物等的析出改善了 TAM钢 的强韧性，从而提高了含钒TAM钢的综合力学性能，使钢板具有较高的强度和塑性，尤其是 采用钢热处理的新工艺一一Q&P工艺，与传统的淬火-回火工艺不同，得到了更稳定残余奥 氏体，而稳定的奥氏体薄膜在马氏体束周围形成后，减少氢致裂纹扩展速率，从而提高了钢 抗氢致延迟断裂性能。本发明含钒TAM钢的生产工艺方法，与常见生产方法相比增加了一 次中间退火过程，使钢材组织性能更加稳定。
【具体实施方式】
[0023] 本发明钒合金化TAM钢，其化学成分按重量百分比计为：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%，余量为Fe和不可避免杂质。
[0024] 进一步的，作为优选的技术方案，上述所述钒合金化TAM钢，其化学成分按重量 百分比计为：C 0? 1963%、Si 1. 53%、Mn 2. 13%、P 0? 0067%、S 0? 0056%、V 0? 20%、A1 0. 0088