本發明屬于鋼鐵合金材料技術領域，具體涉及一種高氮中錳鋼薄帶及其近終成形制備方法。
背景技術：
近些年來，隨著汽車工業的快速發展，節能、減排和提高安全性已經是其主要的發展目標。應用先進高強鋼以實現汽車輕量化，是實現該目標的一個重要手段。先進高強鋼一方面具有較高的強塑積（強度×延伸率），強塑積已經是衡量先進高強鋼性能的重要指標；先進高強鋼另一方面具有較好的成形性能、耐碰撞性能和高加工硬化能力等優良性能。目前，先進汽車高強鋼已經發展到第三代。第一代先進汽車高強鋼主要包括無間隙原子鋼（IF）、高強度低合金鋼（HSLA）、雙相鋼（DP）、相變誘發塑性鋼（TRIP）和馬氏體鋼等鋼種，它們的強塑積為10~20 GPa·％，第一代先進汽車高強鋼已經可以應用于汽車工業。第二代先進汽車高強鋼具有較高的合金元素的添加，如添加較高Mn元素的孿晶誘發塑性鋼（TWIP）。由于第二代先進汽車高強鋼添加了較高的合金元素，并且它們需要復雜的處理工藝，因此第二代先進汽車高強鋼成本比較高，其應用受到了一定限制。第三代先進汽車高強鋼的目標是，相對于第二代先進汽車高強鋼，降低合金添加量以降低成本，獲得較高強塑積及良好成型性的先進汽車高強鋼，從而滿足汽車工業的需求。目前認為，中錳鋼是第三代先進汽車高強鋼的重要發展方向。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種高氮中錳鋼薄帶及其近終成形制備方法，利用雙輥薄帶連鑄技術的亞快速凝固過程有效的在鑄帶中固溶較高的氮含量（0.05~0.2％），經過后續熱軋、卷曲、冷軋和逆向變退火，獲得性能優良的高氮中錳鋼薄帶同時，縮短流程，降低成本。
本發明高氮中錳鋼薄帶，成分按質量百分比為含C 0.05~0.5％，Mn 5~12％，N 0.05~0.2％，Si 0.05~2％，S<0.002％，P<0.003％，Al＜5％，余量為Fe；厚度0.5~1.2mm，抗拉強度為800~1200MPa，斷后延伸率為20~60％，強塑積為24~50GPa·％。
上述的高氮中錳鋼薄帶的組織由鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為80nm~5μm。
本發明的高氮中錳鋼薄帶的近終成形制備方法按以下步驟進行：
1、按設定成分在氮氣的氣氛下熔煉鋼水，然后澆注到中間包內，再從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，經鑄軋獲得厚度為1.8~3.0mm的鑄帶；
2、將鑄帶冷卻至開軋溫度后進行熱軋，開軋溫度為1000~1100℃，熱軋總壓下量為10~30％，終軋溫度為900~1000℃，獲得的熱軋板空冷至550~700℃進行卷曲，得到熱軋板；
3、將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進行冷軋，冷軋總壓下量為50~70％，得到冷軋板；
4、將冷軋板加熱至630~760℃保溫3min~12h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶。
上述方法中，熱軋板的厚度為1.5~2.4mm；高氮中錳鋼薄帶厚度為0.5~1.2mm。
本發明的特點是：制備的高氮中錳鋼薄帶具有較高的氮含量（0.05~0.2％），可以高于傳統常規的制備方法；高氮中錳鋼薄帶中較高的氮含量一方面可以保證有足夠的氮原子能夠以間隙原子的形式來穩定和強化奧氏體；另一方面可以保證形成大量的細小彌散的強化相，提高了高氮中錳鋼薄帶的強度。
中錳鋼的主要合金元素為錳和碳，其中錳的質量分數一般為4~12％，碳的質量分數一般為0.1~0.5％；錳元素在中錳鋼中的主要作用是首先通過獲得馬氏體組織，然后在隨后的逆轉變過程中，錳元素在奧氏體相富集、穩定奧氏體，從而利用馬氏體轉變為超細晶的鐵素體和奧氏體組織；碳元素同樣富集到奧氏體中，起到穩定奧氏體作用；經過逆向變后，中錳鋼組織中奧氏體的體積分數一般在20~50％；此外，可以在中錳鋼中添加一定量的Al元素，這種成分體系下所制備的中錳鋼組織比不加鋁的中錳鋼組織要粗大；中錳鋼不僅相對于第二代汽車高強鋼降低了一定的合金成分，而且綜合力學性能得到顯著改善；
雙輥薄帶連鑄技術是以液態金屬為澆注原料，利用旋轉方向相反兩個的鑄輥作為結晶器，液態金屬通過中間包澆注在鑄輥間形成熔池并通過鑄輥輥縫凝固并成型，直接制備出厚度為1~5mm的帶材的技術；該技術可以使帶鋼生產線縮短至50~60m，是鋼鐵產品生產中典型的節能、環保、低成本的短流程技術；此外，其凝固過程為典型的亞快速凝固，冷卻速度可以達到1000K/s，有助于組織細化和抑制成分偏析；通常，在傳統常規厚板坯及薄板坯連鑄（澆鑄）過程，凝固時冷卻速度較小（厚板坯：＜10-2K/s；薄板坯：10-2~101K/s），若在成分設計上添加較高氮元素，鑄坯中極易出現氣孔和縮孔缺陷，采用雙輥薄帶連鑄技術可以很好地解決該類缺陷，提高成材率；本發明主要利用薄帶連鑄的亞快速凝固特點，使大量的氮元素固溶在鑄帶中，以開發性能優異的高氮中錳鋼；
經檢索，專利CN 105925896 A公開了一種1000MPa級高強度高塑性熱軋鋼板及其制造方法；該專利中高強度高塑性熱軋鋼板的成分及質量百分比為：C 0.15~0.3％，Mn 5~6％，N 0.05~0.12％，Si<0.2％，S<0.01％，P<0.01％，Al 0.002~0.04％，余量為Fe；該專利中生產工藝采用傳統常規的制備方法，即冶煉→澆鑄成鑄錠→再加熱→熱軋→逆向變退火；與專利CN 105925896 A不同的的是，本發明采用雙輥薄帶連鑄技術，利用其亞快速凝固特點，使高氮中錳鋼中氮含量最高可以達到0.2%，可以高于專利CN 105925896 A中高強度高塑性熱軋鋼板的氮含量，并且本發明采用的是短流程近終成型技術，省去傳統常規流程的再加熱流程，節約能耗，降低成本。
本發明的方法采用的是雙輥薄帶連鑄技術，該技術的凝固過程為亞快速凝固，冷卻速率可以達到1000℃/s，在薄帶連鑄過程中，該技術的亞快速凝固能夠保證相變過程快速通過鐵素體單相區，進入奧氏體單相區，由于奧氏體溶氮的能力較強，能夠保證氮的均勻分布，不會產生氣孔和縮孔缺陷。
本發明所制備的高氮中錳鋼薄帶的近終成形制備方法采用的是雙輥薄帶連鑄技術，該技術可以省去傳統常規帶鋼生產工藝的連鑄機、加熱爐、粗軋機組及精軋機組等生產設備，是一種節能、環保、低成本的短流程技術。
附圖說明
圖1是本發明的高氮中錳鋼薄帶的近終成形制備方法流程示意圖，其中，1、鋼包，2、中間包，3、熔池，4、鑄輥，5、鑄帶，6、熱軋機，7、熱軋板，8、卷取機，9、酸洗，10、冷軋機，11、冷軋板，12、逆向變退火，13、高氮中錳鋼薄帶。
具體實施方式
本發明的鋼水從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，是將中間包中的鋼水澆入旋轉方向相反的兩個鑄輥和側封板組成的空腔內形成熔池，鋼液經鑄輥的輥縫凝固并導出。
本發明實施例中強度和延伸率的測試采用的標準為GB/T228.1-2010，拉伸樣的標距為50mm，室溫下測試，拉伸速率為2mm/min。
實施例1
在氮氣的氣氛下熔煉鋼水，其成分按質量百分比為含C 0.1％，Mn 5％，N 0.05％，Si 0.05％，S 0.001％，P 0.002％，Al 0.001％，余量為Fe；然后澆注到中間包內，再從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，經鑄軋獲得厚度為1.8mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進行熱軋，開軋溫度為1000℃，熱軋總壓下量為17％，終軋溫度為900℃，獲得的熱軋板空冷至700℃進行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為1.5mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進行冷軋，冷軋總壓下量為60％，得到厚度0.6mm冷軋板；
將冷軋板加熱至680℃保溫1h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由超細晶鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為80nm~200nm，抗拉強度為1000MPa，斷后延伸率為30％，強塑積為30GPa·％。
實施例2
在氮氣的氣氛下熔煉鋼水，其成分按質量百分比為含C 0.2％，Mn 9％，N 0.15％，Si 0.1％，S 0.0008％，P 0.001％，Al 0.009％，余量為Fe；然后澆注到中間包內，再從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，經鑄軋獲得厚度為3.0mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進行熱軋，開軋溫度為1100℃，熱軋總壓下量為20％，終軋溫度為1000℃，獲得的熱軋板空冷至670℃進行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為2.4mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進行冷軋，冷軋總壓下量為50％，得到厚度1.2mm冷軋板；
將冷軋板加熱至660℃保溫4h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由超細晶鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為100nm~300nm，其抗拉強度為1050MPa，斷后延伸率為40％，強塑積為42GPa·％。
實施例3
在氮氣的氣氛下熔煉鋼水，其成分按質量百分比為含C 0.5％，Mn 12％，N 0.2％，Si 2％，S 0.001％，P 0.002％，Al 0.002％，余量為Fe；然后澆注到中間包內，再從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，經鑄軋獲得厚度為2.5mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進行熱軋，開軋溫度為1050℃，熱軋總壓下量為24％，終軋溫度為950℃，獲得的熱軋板空冷至650℃進行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為1.9mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進行冷軋，冷軋總壓下量為70％，得到厚度0.57mm冷軋板；
將冷軋板加熱至630℃保溫12h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由超細晶鐵素體+奧氏體或組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為100nm~200nm，其抗拉強度為1200MPa，斷后延伸率為20％，強塑積為24GPa·％。
實施例4
在氮氣的氣氛下熔煉鋼水，其成分按質量百分比為含C 0.25％，Mn 10％，N 0.05％，Si 1.8％，S 0.001％，P 0.0025％，Al 5％，余量為Fe；然后澆注到中間包內，再從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，經鑄軋獲得厚度為2.7mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進行熱軋，開軋溫度為1100℃，熱軋總壓下量為10％，終軋溫度為990℃，獲得的熱軋板空冷至550℃進行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為2.4mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進行冷軋，冷軋總壓下量為50％，得到厚度1.2mm冷軋板；
將冷軋板加熱至760℃保溫3min，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為1μm ~5μm，其抗拉強度為1000MPa，斷后延伸率為50％，強塑積為50GPa·％。
實施例5
在氮氣的氣氛下熔煉鋼水，其成分按質量百分比為含C 0.05％，Mn 12％，N 0.16％，Si 1.1％，S 0.001％，P 0.0021％，Al 0.0031％，余量為Fe；然后澆注到中間包內，再從中間包澆入雙輥薄帶連鑄設備中，經鑄軋獲得厚度為2.15mm的鑄帶；
將鑄帶冷卻至開軋溫度后進行熱軋，開軋溫度為1100℃，熱軋總壓下量為30％，終軋溫度為950℃，獲得的熱軋板空冷至600℃進行卷曲，得到熱軋板；其中熱軋板的厚度為1.5mm；
將熱軋板酸洗去除氧化鐵皮，然后進行冷軋，冷軋總壓下量為66％，得到厚度0.5mm冷軋板；
將冷軋板加熱至670℃保溫5h，完成逆向變退火，再空冷至室溫，得到高氮中錳鋼薄帶，其組織由鐵素體+奧氏體組成，奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸范圍均為150nm~350nm，抗拉強度為800MPa，斷后延伸率為60％，強塑積為48GPa·％。