一种铁素体-孪晶马氏体低碳钢的制备方法技术

一种铁素体‑孪晶马氏体低碳钢的制备方法，其主要是采用含碳量为0.13％或0.20％的普通低碳钢，淬火得到低碳马氏体，室温75％轧制变形，在700℃或710℃变形发生再结晶，同一温度下施加210MPa或220MPa弹性应力时效40分钟，得到超细等轴晶的铁素体、孪晶马氏体晶粒尺寸约2μm左右的铁素体‑孪晶马氏体低碳钢。本发明专利技术制备的超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体低碳钢，硬度强度高于正火态，韧性塑性高于淬火态，综合力学性能得到大幅度提高，其硬度达到退火态的1.8倍，延伸率是淬火态的2.1倍。

【技术实现步骤摘要】
一种铁素体-孪晶马氏体低碳钢的制备方法
本专利技术属于金属材料
，特别涉及一种低碳钢的制备方法。技术背景低碳钢为碳含量低于0.25％的碳素钢，低碳钢在船舶、桥梁、车辆、锅炉等领域有广泛的应用。服役条件下低碳钢都经过退火或者淬火-回火处理。低碳钢的退火组织为铁素体加少量珠光体，铁素体具有体心立方晶格，常温几乎不含有碳；珠光体是铁素体和渗碳体层片相间的组织，钢中珠光体的数量和形态，决定了钢的强韧性。例如R260钢在480–620℃进行等温处理得到细化的珠光体组织，其珠光体团尺寸比常规的930℃热轧态显著细化，渗碳体片间距减小了2～4倍，屈服强度提高了52％，延伸率同时提高了170％以上【MaterialsScience&EngineeringA,608,149–154,2014】。冷拔钢丝的渗碳体片细化至30～35nm，强度达到6GPa，同时塑性提高【ProcediaMaterialsScience,8,1023–1030,2015】。研究还证实，钢中铁素体较多时，钢的变形以铁素体滑移为主，材料呈韧性断裂；珠光体较多时，以渗碳体片层的脆性开裂为主，呈准解理脆性断裂【北京大学科技学报，36(8)，1032-1038，2014】。马氏体是碳在α-Fe里的过饱和固溶体，低碳马氏体组织形态呈板条状，又称板条马氏体。其板条尺寸、回火沉淀相和原奥氏体晶粒尺寸对性能有显著影响。如对0.1～0.15C％的微合金钢经过QCTC(淬火+两次回火+深冷处理)处理，马氏体板条宽度255nm细化到66nm，硬度由原来的44.5升高到49.2，冲击韧性由136J降低至80J【MaterialsScience&Engineering,A605,(2014),229-235】。添加微量Nb、Ti的0.27％C低碳钢，随着加热温度的升高，奥氏体晶粒增大，880℃下奥氏体晶粒最细，抗拉强度和屈服强度分别达到1657MPa和1343MPa，韧性优于传统马氏体钢。【金属热处理，2016,41(6)，131-134】。25CrMoNbB钢淬火后得到马氏体，回火析出B化物，回火温度由550℃升高到700℃，使冲击韧性由152J增加到230J，屈服强度由1100MPa降低至760MPa【MaterialsScience&EngineeringA712,(2018),453-465】。常规情况下，现有的低碳钢的退火态组织为粗大的铁素体+珠光体团，其韧性塑性高，硬度强度低；低碳钢的淬火态组织是位错马氏体，硬度强度大幅度提高，但韧性塑性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于制备一种方法简单、钢的组织为超细等轴晶的铁素体加孪晶马氏体、钢中无碳化物、超细等轴晶粒尺寸约2μm的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的制备方法。本专利技术的制备方法如下：采用含碳量为0.13％或0.20％的普通低碳钢，淬火得到低碳马氏体，室温75％轧制变形，在700℃或710℃变形发生再结晶，同一温度下施加210MPa或220MPa弹性应力时效40分钟，得到超细等轴晶的铁素体、孪晶马氏体晶粒尺寸约2μm左右的铁素体-孪晶马氏体低碳钢。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：制备的超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体低碳钢，硬度强度高于正火态，韧性塑性高于淬火态，综合力学性能得到大幅度提高，其硬度达到退火态的1.8倍，延伸率是淬火态的2.1倍。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢与常规淬火和退火的Q345b钢的金相组织图，图中a)是实施例1制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢、b)是常规淬火马氏体组织、c)是常规退火铁素体+珠光体组织。图2是本专利技术实施例1制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的金相图。图3是本专利技术实施例1制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的SEM图。图4是本专利技术实施例1制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的超细等轴晶TEM图。图5是本专利技术实施例1制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的孪晶马氏体TEM图。图6是本专利技术实施例2制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的金相图。图7是本专利技术实施例2制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的SEM图。图8是本专利技术实施例2制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的超细等轴晶的TEM图。图9是本专利技术实施例2制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢的孪晶马氏体TEM图。具体实施方式实施例1选用Q345b低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.20％、Si0.36％、Mn0.60％、Cr0.20％、P0.035％、S0.030％、余量为Fe，加热到940℃保温1小时，经10％氯化钠水溶液淬火得到板条马氏体；室温下冷轧，变形量为75％，得到变形板条马氏体；在700℃热变形实现再结晶；随后在210MPa弹性应力下，700℃保温40分钟，得到超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体组织，钢中无渗碳体等碳化物。如图1所示，a)是制备的超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体，无碳化物。b)是常规淬火马氏体组织，板条束的长度为原奥氏体晶粒尺寸，约20.1μm；c)是常规退火铁素体+珠光体组织。白色的铁素体晶粒尺寸约为19μm，黑色的是珠光体，由片状渗碳体+铁素体构成。如图2所示，可以看出制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢是光学金相组织，多边形晶界显示出超细等轴晶，晶粒尺寸约2μm；如图3所示，可以看出由于腐蚀程度不同，超细等轴晶显示出凸凹不平，凹下的是铁素体，凸起的是孪晶马氏体；如图4所示，可以看出铁素体晶粒衬度较浅，其亚结构是位错；孪晶马氏体呈黑色，质厚衬度；还可以看出孪晶马氏体的衍衬像，平行条带是应力诱发形成的孪晶。如图5所示，高倍下的孪晶马氏体衍衬像，相互平行的条带是孪晶。制备的铁素体-孪晶马氏体低碳钢与常规铁素体+珠光体、常规板条马氏体的比较见表1。表1Q345b钢超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体与常规铁素体+珠光体、常规马氏体的比较实施例2选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C0.13％、Si0.46％、Mn0.26％、P0.021％、S0.025％、Cr0.001％、Cu0.014％、余量为Fe，加热到940℃保温1小时，经10％氯化钠水溶液淬火得到板条马氏体；室温下冷轧，变形量为75％，得到变形板条马氏体；在710℃热变形实现再结晶，在220MPa弹性应力下，710℃保温40分钟，得到超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体组织，钢中无渗碳体等碳化物。如图6所示，制备的是无碳化物的超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体，是光学金相组织，多边形晶界显示出超细等轴晶，晶粒尺寸约2.2μm；如图7所示，由于腐蚀程度不同，超细等轴晶显示出凸凹不平，凹下的是铁素体，凸起的是孪晶马氏体；如图8所示，铁素体晶粒衬度较浅，其亚结构是位错；孪晶马氏体呈黑色，质厚衬度；孪晶马氏体的衍衬像，平行条带为应力诱发形成的孪晶。如图9所示，高倍下的孪晶马氏体衍衬像，相互平行的条带是孪晶。超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体与常规铁素体+珠光体、常规板条马氏体的比较见表2。表215钢超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体与常规铁素体+珠光体、常规马氏体的比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁素体‑孪晶马氏体低碳钢的制备方法，其特征是：采用含碳量为0.13％或0.20％的普通低碳钢，淬火得到低碳马氏体，室温75％轧制变形，在700℃或710℃变形发生再结晶，同一温度下施加210MPa或220MPa弹性应力时效40分钟，得到晶粒尺寸约2μm的超细等轴晶铁素体+孪晶马氏体低碳钢。

【技术特征摘要】
1.一种铁素体-孪晶马氏体低碳钢的制备方法，其特征是：采用含碳量为0.13％或0.20％的普通低碳钢，淬火得到低碳马氏体，室温75％轧制变形，在70...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静武，李晗，杨猛，缑慧阳，李慧，赵一博，门浩，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