国外900MPa级TWIP钢专利技术

TWIP（Twinning Induced Plasticity）钢具有很高的塑性指标(伸长率可达30％~95％)、高抗拉强度(600MPa ~1924MPa)和高应变硬化率，对冲击能量的吸收程度是现有高强钢的2倍以上。锰含量为15％~30％时，钢的塑性得以提高的机理主要是因为TRIP效应。TWIP钢这种性能特征不仅使复杂汽车车体设计成为可能，同时更能进一步保证汽车驾驶者的安全。

基于上述优点，世界大型钢铁企业对TWIP钢的开发十分重视。蒂森克虏伯、安赛乐米塔尔等国际著名钢铁公司对TWIP钢已经进行了多年研发，并相继在世界知识产权组织(WIPO)公开典型TWIP钢专利技术。本文将根据这些公司在WIPO公开的TWIP钢专利技术给予简要概述，包括汽车用结构件、加强件或外挂件等用途的900MPa级孪晶诱发塑性钢，特别是详细介绍了生产高强度、高塑性以及具有优良涂镀性的开发技术方案供国内有关钢铁企业和研发单位参考和借鉴。

抗拉强度900MPa级TWIP钢

安赛乐米塔尔与蒂森克虏伯合作开发的一种Fe—C—Mn系TWIP钢，在开发该TWIP钢的试验过程中发现，氢元素能使钢产生晶格缺陷，增强钢裂纹敏感性，对钢的综合性能产生极坏影响，使钢的耐腐蚀性降低。在生产TWIP钢的一些步骤中，如在进行化学或电化学酸洗、在规定气氛下退火、电镀锌或热浸镀锌，以及在等离子真空沉积过程中都存在杂质氢被带入钢中的可能。另外，在对TWIP钢进行后续加工操作需要干油或稀油润滑时，在高温条件下，这些油性物质分解也会产生氢有害元素。因此如何对钢中氢元素进行有效控制，进一步改善TWIP钢综合性能，是两家公司研究人员主要解决的关键问题，最终形成如下技术方案。

成分方案

成分(本文所述成分均为质量分数％，下文将不再进行注释)包括：C 0.35~1.05、Mn 15～26、Si≤3.0、Al≤0.050、S≤0．030、P≤0．080、N≤0.1，其余为铁和杂质。其它还可包含下列元素(X)一种以上：V 0.050~0.50、Ti 0.040～0.50、Nb 0.070~0.50、Mo 0.14~2.0、Cr 0.070～2.0；或者B 0.0005~0.010、Ni≤2.0、Cu≤5.0元素中的一种以上。

杂质及关键析出物的控制

控制杂质H方案

开发人员研究发现，用XP表示的碳化物、氮化物或碳氮化物，对捕捉H杂质非常有效。但必须对这些析出物进行范围限定，限定范围分别为：VP 0.030~0.40、TiP 0.030~0.50、NbP 0.040～0．40、MoP 0.14~0.44、CrP 0.070～0.6。

对杂质H数量的限定及对析出物尺寸和位置的限定

首先，采用不等式1000 H最大值／XP≤3.3对H数量进行控制，优选为l000 H最大值／XP≤2.5。其次，碳化物、氮化物或碳氮化物的平均尺寸在7nm～20nm，并且其中至少75％位于晶粒内部。

生产工艺

轧制

将含有上述成分的钢水浇铸成坯料(例如板坯)；热轧前根据情况在900℃~1100℃对坯料进行热处理，该处理工艺可以使钢板获得极低的H含量，最终有助于改进产品的抗延迟断裂性能。

热轧时将板坯加热至1100℃~1300℃后进行热轧，终轧温度≥890℃，卷取温度≤580℃，对热轧板至少进行一次冷轧。

退火

冷轧后至少进行一次退火处理，退火处理时的升温速度在2℃／s ~10℃／s，退火温度范围为700℃~870℃，退火持续时间为30s~180 s，退火后的冷却速度在10℃／s～50℃／s。

镀层

获得冷轧板后，进行镀锌或镀Zn-Y合金层，其中Y元素是Ni、Cr、Mg中的一种或多种，但不是Fe或Mn。镀层板镀层厚度≤50μm，镀层在与基底材料的接触界面上包含铁和富Mn—Zn合金层，该合金层厚度≥1μm，或优选≥4μm，或进一步优选≥7μm。在基板和镀锌层或镀Zn-Y合金层之间还包含一层可以作为H阻碍层的金属镀层，该镀层厚度为0.1μm～1μm。金属镀层可以从Sn、Ni、Ti、Cu、W或Al中，或从这些金属的合金中选定。

镀层完成后，应至少对镀层板进行一次均热退火处理。处理气氛为纯氮气或纯氩气气氛，露点温度在-30℃以下；处理温度在250℃～900℃。

镀层板均热方式优选采用横向磁场感应加热。退火处理采用罩式退火或连续退火，但优选采用开卷退火方式。

种类及规格

该开发钢可以是热轧带材、热轧薄板或热轧后进行冷轧而获得的冷轧板，或热轧后再进行冷轧、退火处理(冷轧和退火应进行一次以上)而获得的退火冷轧板。

热轧产品规格范围为2mm～10mm。可以将该范围规格的热轧带材或薄板进一步冷轧至0.2mm，然后进行连续退火处理。

用途

采用上述开发技术生产出的钢板，其抗拉强度在900MPa以上、伸长率在50％以上，具有优良的抗延迟断裂性能，所以特别适用于冷成形加工，制造汽车用结构件、加强件或外挂件。所开发的TWIP钢可以以热轧板、冷轧板和涂层板形式交付用户。

试验

试验条件

两家公司开发人员将含有如表1所列的试验钢的成分进行冶炼，浇铸成板坯等半成品后，再加热至1180℃进行热轧。热轧终轧温度为950℃，热轧板厚度为2.5mm~3.5mm，卷取温度在500℃以下。然后进一步将热轧板冷轧至1mm~1.5mm，接着对冷轧板进行连续退火处理。最后，对一部分冷轧退火板在其裸板情况下进行试验，对另一部分(表1中A类和C类钢)钢，如冷轧退火板在镀层后再进行试验。其中，D种钢几乎不含捕捉H的“X”元素。

未镀层板

氢及析出物特征

为了获得全奥氏体再结晶组织，所有冷轧板均在740℃～810℃这一温度范围进行了连续退火处理。退火升温速度为3℃／s，冷却速度为25℃／s。在某些情况下，一些具有相同成分的冷轧板采用不同条件下的退火处理。

采用不同的热处理条件是指退火气氛中的露点或气体中的H含量，其中的H含量是变化的。在纯氮气或氩气气氛、露点温度在-30℃以下的条件下，按开发技术要求进行了连续退火或罩式退火处理。采用ICP—OES(电感耦合等离子光学发射摄谱仪)分析方法测定XP含量。H最大值采用5个试样方法测定。其它析出物特征，如平均尺寸及其位置等，则采用透射电子显微术技术测定。

力学性能

当1000 H最大值/XP值超过3.3时，氢含量最大值H最大值太高，而析出物含量太低，由于在严格试验条件下部分试样有微裂纹，这将增加延迟断裂的概率。当1000H最大值/XP值低于2.5时，氢含量最大值H最大值很低，而析出物含量增高，即使在严格试验条件下钢板也具有优良的抗延迟断裂性能。

镀层板

含有A和C成分的钢板冷轧后在800℃条件下进行连续退火处理180s，然后在ZnSO4电镀槽中对冷轧板卷进行电镀，钢板每面镀层厚度为7.5μm。镀层板在进一步均热后，在氩气气氛、露点温度为-40℃的不同罩式退火温度和时间下进行退火处理。钢板抗拉强度均在1100MPa以上，伸长率在50％以上。深冲比(原板试样直径与最终杯突直径之比)为1．8。

试验表明，如果按θInt≥2450条件下对上述试样进行均热处理，则合金层厚度在4μm以上，且H在镀层和基板之间分布均匀，避免了氢大量聚集，从而提高了TWIP钢抗延迟断裂的性能。

表1  各种试验钢的成分 

结语

随着蒂森克虏伯、安赛乐米塔尔等世界大型钢铁企业对TWIP钢的深入研究和开发，TWIP钢的力学性能、可镀性、表面质量等各项指标的综合性能越来越稳定。可以预见，具有优良力学性能的TWIP钢从商业化试生产和试应用阶段将会随着技术开发的不断进步，最终实现产业化生产目标。  

信息来源：中国钢铁新闻网（www.csteelnews.com)