一种加工软化低碳钢的制备方法技术

一种加工软化低碳钢的制备方法，其主要是采用含碳量为0.13～0.21％的普通低碳钢，在Ac1上30℃保温1小时，放入10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75～80％，其组织为平行排列的C过饱和的变形板条铁素体；在200℃～400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。本发明专利技术制备方法简单，低碳钢室温应力‑应变曲线呈现出加工软化特征，其组织为薄饼形过饱和变形铁素体晶粒，强度和延伸率高于淬火‑回火态的同一低碳钢。

【技术实现步骤摘要】
一种加工软化低碳钢的制备方法
本专利技术属于金属材料
，特别涉及一种金属材料的制备方法。技术背景金属材料室温变形普遍出现加工硬化行为。在特定条件下，少数单晶体金属存在室温(低温)加工软化。钢铁、有色金属合金等多晶体工程材料，普遍具有加工硬化特性，表现为材料在室温变形时，晶粒形状改变，位错密度增加，硬度、强度提高。其应力-应变曲线在屈服点后呈抛物线型继续上升，按曲线最高点确定断裂强度，普遍高于屈服强度。例如304LN不锈钢，其室温屈服强度约为400-500MPa，在屈服点后应力-应变曲线斜率保持上升，断裂强度约为600～750MPa，是典型的加工硬化行为[ScienceandEngineeringA,486(2008),283–286]；超细晶Q&P钢在室温至190℃拉伸，其应力-应变曲线在屈服点后普遍升高，断裂强度分别为1450MPa-1650MPa，普遍高于屈服强度[ScriptaMaterialia,123(2016),69–72]。这种加工硬化是多晶体金属材料的普遍性质。只有在特殊情况下，金属材料才会出现加工软化的反传统行为。A.H.Cottrell提出，金属材料的加工软化表现为其应力-应变曲线第3阶段的硬化速率降低。他认为，确定金属材料的加工软化通常需要3个条件：1)在低温或室温下变形；2)材料为单晶体；3)延性好的金属，如Al、Cu、不锈钢，如Al单晶体室温变形即发生加工软化[PhilosophicalMagazineLetters,81(1),2001,23-28]。单晶体Zn在77K压缩变形，其应力-应变曲线在没有明显的塑性变形即发生应变软化，经X-Ray、TEM分析，确定这种应变软化的机制是变形中晶体发生扭折，〈1120〉(0001)滑移系开动导致的几何软化[PhilosophicalMagazine,30:3,515-526,DOI:10.1080/14786439808206577]。低碳钢的主要成分为Fe、C元素，通常经过热处理得到回火低碳马氏体、珠光体或铁素体+渗碳体组织，其屈服强度300MPa～1200MPa，在船舶、桥梁、车辆、锅炉等领域有广泛的应用。已经发现，对低碳钢分别进行热轧、淬火和ECAP处理，ECAP晶粒细化优于固溶处理和相变处理，材料强化效果优于淬火[MaterialsandDesign,65(2015)，115-119,]；0.18％C钢通过提高轧制速度使晶粒细化至400μm，强度由350GMp提高到810GMp，但钢的韧性显著降低[MaterialsLetters,160(2015),213-217]。值得注意的是，有关钢铁材料的各项研究中，无一例外的其应力-应变曲线都呈现加工硬化特征。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方法简单、低碳钢室温应力-应变曲线呈现出加工软化特征的加工软化低碳钢的制备方法。本专利技术的制备方法如下：采用含碳量为0.13％～0.21％的普通低碳钢，在Ac1上30℃保温1小时，放入10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75～80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在200～400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：制备方法简单，低碳钢室温应力-应变曲线呈现出加工软化特征，其组织为薄饼形过饱和变形铁素体晶粒，强度和延伸率高于淬火-回火态的同一低碳钢。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的低碳钢的室温拉伸应力-应变曲线对比图。图2是本专利技术实施例1制备的加工软化低碳钢的光学金相组织，a)钢板侧面金相组织、b)钢板轧面金相组织。图3是本专利技术实施例1制备的加工软化低碳钢淬火-80％变形-400℃回火的室温应力应变曲线图。图4是本专利技术实施例2制备的加工软化低碳钢淬火-80％变形-200℃回火的室温应力应变曲线图。图5是本专利技术实施例3制备的加工软化低碳钢淬火-80％变形-300℃回火的室温应力应变曲线图。图6是本专利技术实施例4制备的加工软化低碳钢淬火-75％变形-300℃回火的室温应力应变曲线图。图7是本专利技术实施例5制备的加工软化低碳钢淬火-75％变形-400℃回火的室温应力应变曲线图。具体实施方式实施例1选用15低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.13％、Si0.08％、Mn0.13％、P0.01％、S0.004％、余量为Fe，加热到920℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体；室温下冷轧，变形量为80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条；在400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。如图1所示，1是制备的低碳钢曲线在屈服点后随着应变增加强度降低，具有加工软化特征；作为对比，2是同一低碳钢退火态的曲线，在屈服点后随着应变增加强度增高，是经典的加工硬化特征。如图2所示，a)钢板侧面金相组织，细线为平行排列的C过饱和变形铁素体板条；b)钢板轧面金相组织，多边形是大尺寸C过饱和铁素体晶粒。低碳钢晶粒为薄饼形。测量室温拉伸应力-应变曲线，如图3所示；其力学性能见表1。表115钢淬火-80％变形-400℃回火的力学性能实施例2选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.13％、Si0.08％、Mn0.13％、P0.01％、S0.004％、余量为Fe，加热到920℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在200℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。测量室温拉伸应力-应变曲线，如图4所示；其力学性能见表2。表215钢淬火-80％变形-200℃回火的力学性能实施例3选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.13％、Si0.08％、Mn0.13％、P0.01％、S0.004％、余量为Fe，加热到920℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在300℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。测量室温拉伸应力-应变曲线，如图5所示；其力学性能见表3。表515钢淬火-80％变形-300℃回火的力学性能实施例4选用20号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.21％、Si0.07％、Mn0.18％、P0.02％、S0.006％、Cr0.41％、Mo0.33％、余量为Fe，加热到935℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在300℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。测量室温拉伸应力-应变曲线，如图6所示；其力学性能见表4.表420钢淬火-75％变形-300℃回火的力学性能实施例5选用20号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.21％、Si0.07％、Mn0.18％、P0.02％、S0.006％、Cr0.41％、Mo0.33％、余量为Fe，加热到935℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。测量室温拉伸应力-应变曲线，如图7所示；其力学性能见表5.表520钢淬火-75％变形-400℃回火的力学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加工软化低碳钢的制备方法，其特征是：采用含碳量为0.13～0.21％的普通低碳钢，在Ac1上30℃保温1小时，放入10％氯化钠冰水中淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75～80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体；在200℃～400℃回火，得到薄饼形C过饱和铁素体晶粒的低碳钢板。

【技术特征摘要】
2018.01.12 CN 20181003466901.一种加工软化低碳钢的制备方法，其特征是：采用含碳量为0.13～0.21％的普通低碳钢，在A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静武，门浩，杨猛，缑慧阳，赵一博，李慧，李晗，景子毅，王思涵，王金萍，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13