一种高强高韧不锈钢及其加工方法技术

一种高强高韧不锈钢及其加工方法，该不锈钢包含如下特征：（1）所述不锈钢含有重量百分比为0.01%~0.1%的C，0.05%~0.2%的N，不高于0.03%的P，不高于0.003%的S，0.5~1%的Si，1.0~2.0%的Mn，15%~17%的Cr，5%~7%的Ni，其余为Fe；（2）所述不锈钢包含奥氏体和应变诱发马氏体组织，其中马氏体为不规则的近似纺锤体形状，其长轴平均尺寸在50~1000 nm之间，短轴平均尺寸在20~500 nm之间，马氏体在不锈钢中的体积百分比为0.1~20%；马氏体与奥氏体的界面存在一个元素偏聚层，该偏聚层厚度为1~20 nm，层内Ni、Mn、N、Si元素的含量分别是各元素在不锈钢中平均含量的1.2~3倍。本发明专利技术制得的不锈钢具备高强高韧性，屈服强度提高至1000 MPa以上且延伸率保持在30%以上，避免了传统材料加工技术固有的强度与塑性此消彼长的矛盾。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高强高韧不锈钢材料及其加工方法，具体来说是一种具有高屈服强度高延伸率的不锈钢及其加工方法。技术背景汽车工业是影响国民经济发展、技术进步和社会现代化的支柱产业具有重要地位，我国明确提出要加速发展汽车工业。汽车工业的发展与钢铁材料是密不可分的，汽车制造行业是薄钢板的最大用户，为了降低油耗，节约能源，汽车要向轻量化发展，因此对汽车用钢板提出了越来越高的要求。一汽奥迪A6、上海大众B5、上海通用的Buick轿车及一些家用轿车等就大量采用了高强度、镀锌钢板以及激光拼焊板等大众系列轿车用钢板采用德国标准，品种涉及热镀锌、电镀锌和高强度钢板等，最宽达1800mm，最厚达4mm；富康轿车用钢板采用法国标准，以热镀锌为主；夏利轿车用钢板采用日本标准，以热镀锌合金化为主；切诺基吉普车用钢采用美国标准，热镀锌和热镀锌合金化并用。热轧高强度钢板多用于车架等承受应力较大的零件、不同车型的纵横梁等，此类钢板在载货汽车上用量很大，约占载重车用热轧钢板总量的60％－70％。因此既要有较高的强度，又要有较好的成形性。一般汽车用热轧钢板最高强度为500MPa，虽然添加Nb、Ti等微合金元素高其强度，但对成形性有影响，从而限制了它的应用。目前为了提高强度水平，开发了双相钢和TRIP钢。双相钢(高强度钢)铁素体-马氏体复合组织钢板的特点是在细小的铁素体基体上分布大约15％的硬相，并通过固溶原子进一步强化。其生产工艺是在轧制钢板时，在铁素体和奥氏体的双相区停留一段时间，有相铁素体大量析出，剩余相奥氏体的C浓度增加，然后采用快速冷却方法使奥氏体组织转变为马氏体组织。由于钢中主要是铁素体相，大约80％～90％，其总延伸率较高，同时由于从奥氏体转变为马氏体时体积膨胀而引起周围部分形成位错,使屈服强度降低并具有良好成形性能铁素体-马氏体复合组织钢板的抗拉强度在550～650MPa之间，新研制的马氏体复合组织热轧钢板最高强度为780MPa，延伸率为21％。TRIP钢(高强度钢)由于成形性的限制，双相钢无法达到800MPa的强度水平，为满足更高强度的需求，并解决强度与塑性矛盾开发了相变诱导塑性钢，简称TRIP钢，TRIP钢是作为高延伸性高强度钢板的希望之星而登场的。TRIP钢的成分以C-Mn-Si合金系统为主其成分特点是低碳、低合金化和钢质纯净。其生产工艺是在热轧时，采用双相区临界退火和贝氏体转变区保温的热处理工艺具有铁素体、贝氏体和约10％的残余奥氏体三相组织，具有10％的残余奥氏体的热轧钢板在加工成型时，残余奥氏体逐渐转变为马氏体组织，由于硬化克服了局部变形提高了总延伸率。高强度来自于马氏体、贝氏体和合金元素固溶强化的共同贡献。TRIP钢性能变化范围为：屈服强度340MPa～860MPa，抗拉强度610MPa10～80MPa，延伸率22％～37％。随着汽车轻量化和安全性能要求的进一步提高，对汽车用高强钢，尤其是作为保险杆用钢提出更高的强韧性要求。通常要求钢板具有1000MPa以上的屈服强度和不低于30％的延伸率。如此高的性能指标是上述双相钢和TRIP均无法达到的性能水平。因此迫切需要开发新型先进高强高韧钢。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强高韧不锈钢及其加工方法，以解决传统材料加工技术固有的强度与塑性此消彼长的矛盾。为解决上述技术问题，专利技术人进行了种种研究，结果发现，在3XX系不锈钢中，除了规定母材的基本成分以外，还需限定组织和加工条件，利用弥散分布的纳米马氏体以及界面元素偏聚导致的马氏体失活效应来实现高强高韧综合性能。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种不锈钢，该不锈钢包含如下特征：(1)所述不锈钢含有重量百分比为0.01％～0.1％的C，0.05％～0.2％的N，不高于0.03％的P，不高于0.003％的S，0.5～1％的Si，1.0～2.0％的Mn，15％～17％的Cr，5％～7％的Ni，其余为Fe；各化学组分中，P和S为杂质；(2)所述不锈钢包含奥氏体和应变诱发马氏体组织，其中马氏体为不规则的近似纺锤体形状，其长轴平均尺寸在50～1000nm之间，短轴平均尺寸在20～500nm之间，马氏体在不锈钢中的体积百分比为0.1～20％；马氏体与奥氏体的界面存在一个元素偏聚层，该偏聚层厚度为1～20nm，层内Ni、Mn、N、Si元素的含量分别是各元素在不锈钢中平均含量的1.2～3倍。本专利技术提供了一种所述不锈钢的加工方法，包括如下步骤：(a)将化学元素组成符合要求的原料进行固溶处理，冷却得到试样；原料的化学元素组成为：重量百分含量为0.01％～0.1％的C，0.05％～0.2％的N，不高于0.03％的P，不高于0.003％的S，0.5～1％的Si，1.0～2.0％的Mn，15％～17％的Cr，5％～7％的Ni，其余为Fe；(b)将试样在室温下进行一定程度的变形，变形过程采用多道次小变形逐步增加变形量的方式进行，每道次的截面收缩率增量为0.01～0.1，累计总截面收缩率应符合公式(1)1-exp{-β[1-exp(-αε)]n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不锈钢，该不锈钢包含如下特征：(1)所述不锈钢含有重量百分比为0.01％～0.1％的C，0.05％～0.2％的N，不高于0.03％的P，不高于0.003％的S，0.5～1％的Si，1.0～2.0％的Mn，15％～17％的Cr，5％～7％的Ni，其余为Fe；(2)所述不锈钢包含奥氏体和应变诱发马氏体组织，其中马氏体为不规则的近似纺锤体形状，其长轴平均尺寸在50～1000nm之间，短轴平均尺寸在20～500nm之间，马氏体在不锈钢中的体积百分比为0.1～20％；马氏体与奥氏体的界面存在一个元素偏聚层，该偏聚层厚度为1～20nm，层内Ni、Mn、N、Si元素的含量分别是各元素在不锈钢中平均含量的1.2～3倍。

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢，该不锈钢包含如下特征：(1)所述不锈钢含有重量百分比为0.01％～0.1％的C，0.05％～0.2％的N，不高于0.03％的P，不高于0.003％的S，0.5～1％的Si，1.0～2.0％的Mn，15％～17％的Cr，5％～7％的Ni，其余为Fe；(2)所述不锈钢包含奥氏体和应变诱发马氏体组织，其中马氏体为不规则的近似纺锤体形状，其长轴平均尺寸在50～1000nm之间，短轴平均尺寸在20～500nm之间，马氏体在不锈钢中的体积百分比为0.1～20％；马氏体与奥氏体的界面存在一个元素偏聚层，该偏聚层厚度为1～20nm，层内Ni、Mn、N、Si元素的含量分别是各元素在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉斌，王宏涛，方攸同，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33