一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，包括：将奥氏体钢进行扭转变形处理。本发明专利技术通过对奥氏体进行扭转塑性变形处理，使其在内部形成呈梯度分布的马氏体第二相，且马氏体含量由心部到表层逐渐提高，以此提高奥氏体钢的拉伸强度。另外，本发明专利技术通过限定扭转处理的切应变变形路径、切应变速率、变形温度与变形量，进一步细化马氏体第二相尺寸、提高表层马氏体含量，提高钢的拉伸强度。

A preparation method of high strength and high toughness gradient martensitic austenite double phase steel

The invention discloses a preparation method of high strength, high toughening gradient martensitic austenite dual phase steel, including the torsion deformation treatment of austenitic steel. The austenite is treated by twisting plastic deformation to form a gradient distributed martensite second phase inside the austenite, and the martensite content is gradually increased from the heart part to the surface layer, so as to improve the tensile strength of austenitic steel. In addition, by defining the tangential strain path, shear rate, deformation temperature and deformation amount, the present invention further refines the second phase size of martensite, improves the surface martensite content and improves the tensile strength of steel.

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法
本专利技术涉及钢铁及有色金属加工领域，特别是一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法。
技术介绍
奥氏体钢塑性好、变形能力强、低温韧性好等优点，被广泛应用于国民经济的各个领域。然而，奥氏体钢强度低，限制了其作为结构材料的应用。为了进一步扩大奥氏体钢的应用领域，其屈服强度必须进一步提高。由于单相奥氏体钢层错能低，在塑性变形过程中易发生形变诱导奥氏体→马氏体相变，而马氏体相是钢中强度较高、硬度较大的一种相。因此利用冷塑性变形诱导马氏体相变，可以显著提高现有单相奥氏体的强度，譬如研究报道18-8型(美国牌号为304)奥氏体不锈钢经过90％的冷轧变形，有95％的奥氏体会转变成马氏体，使得钢的强度提高四倍。传统塑性变形方式，如轧制、拉拔或挤压，可以诱导奥氏体→马氏体相变，大幅度提高单相奥氏体的钢的强度，但显著降低钢的塑性，譬如研究报道指出18-8型奥氏体不锈钢经过90％的冷轧变形后，拉伸塑性几乎为零，呈完全的脆性特征。因此，利用传统变形加工工艺，可以诱导奥氏体→马氏体相变，提高奥氏体钢的强度，但严重损失其塑性。近年来，梯度材料是金属结构材料的前言热点之一。研究报道指出，当晶体缺陷，如晶界、孪晶界、位错、位错亚结构以及织构等，在材料内部呈梯度分布时，可以有效的克服材料强度-塑性矛盾这一传统现象。大量研究报道指出梯度纳米晶材料、梯度孪晶材料、梯度位错/位错亚结构材料以及梯度织构材料具有强度高、塑性好等优点。专利申请人在前期对镁合金以及铜材料的研究过程中发现在扭转塑性变形过程中，由于切应变和应变速度呈梯度分布，变形后在材料内部形成呈梯度分布的晶体织构或位错亚结构，能够显著提高材料的强度，并保留材料的塑性。相界面作为一种晶体缺陷之一，同样能够有效阻碍位错运到，使得材料强度提高，即第二相强化(Orowan强化)。由此，申请人基于形变诱奥氏体→马氏体相变和扭转变形切应变和应变速度呈梯度分布的特征，提供了一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，且制备的马氏体在奥氏体内呈梯度分布。包括以下步骤：A)，采用奥氏体钢制备柱状样品，所述柱状样品截面为圆形；B)，将所述柱状样品放在扭转试验机上进行扭转变形。进一步地，步骤A)中所述奥氏体钢为奥氏体不锈钢。进一步地，步骤B)中所述柱状样品在扭转变形时可以沿其长度方向自由滑动。进一步地，步骤B)中所述扭转变形的变形方式为单向扭转或往复90°扭转。进一步地，步骤B)中所述单向扭转的切应变速率小于1.4×10-2s-1，所述往复90°扭转的切应变速率为1.4×10-2s-1～5.0×10-2s-1。进一步地，步骤B)中所述单向扭转的扭转角度为90°～720°，所述往复90°扭转的扭转次数为1～500次。进一步地，步骤B)中所述扭转变形的扭转速度为10°/min～1800°/min。进一步地，步骤B)中所述扭转变形的变形温度为室温至奥氏体钢的再结晶温度以下。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提供了一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，首先将单相奥氏体不锈钢棒材制备成柱状样品，然后对柱状样品进行扭转塑性变形处理。本专利技术采用扭转的方式对奥氏体钢进行扭转变形处理，经过单向慢速扭转或往复快速扭转加工处理后，由于梯度切应变和梯度切应变速率的影响，柱状钢棒中发生形变诱导马氏体相变，并且这种形变诱导马氏体沿着钢棒的半径方向呈梯度分布，心部低甚至无马氏体，而表层马氏体含量高。梯度马氏体的引入显著阻碍了位错运动，使得奥氏体不锈钢的拉伸强度显著提高。本专利技术提供的提高单相奥氏体钢的拉伸强度的方法可显著提高现有挤压、拉拔或轧制态单相奥氏体钢的拉伸强度，可显著提高现有奥氏体钢的强韧性，具有生成设备简单、生成效率高、不改变初始材料形状和尺寸、加工车间占地规模小等优点。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。附图说明本专利技术的附图说明如下。图1为本专利技术中奥氏体不锈钢棒材单向扭转扭矩-扭角曲线图；图2为本专利技术中奥氏体不锈钢棒材往复90°扭转扭矩-扭角曲线图及马氏体含量变化图，图2a为往复90°扭转循环100次后的扭矩-扭角曲线图，图2b往复90°扭转第1次和第100次循环扭矩-扭角曲线对比图，图2c往复90°扭转每次循环机械能(扭矩-扭角曲线所形成闭环回路的面积)随循环次数的变化曲线，图2d往复90°扭转和单向扭转样品不同应变层马氏体含量对比图；图3是通过EBSD技术获得的经本专利技术在室温下，单向扭转和往复90°扭转后钢棒表层相分布图；图4是通过EBSD技术获得的经本专利技术在室温下，单向扭转360°奥氏体不锈钢棒材沿着直径方向不同位置的微观组织图，图4a为钢棒心部(距离表层2.0mm处)反极图(IPF)配色图，晶界组分图，局部取向差分布(KAM)图以及相组分分布图，图4b为钢棒中部(距离表层1.0mm处)IPF图，晶界组分图，KAM图以及相组分分布图，图4c为钢棒表层(表层1.0mm处)IPF图，晶界组分图，KAM图以及相组分分布图；图5通过ECCI技术获得的经本专利技术在室温下，单向快速扭转90°和180°奥氏体钢棒表层马氏体组织图，图5a为快速单向扭转90°后钢棒表层ECCI图，图5c为图5a白框区域放大的ECCI图，图5b为单向快速扭转180°后钢棒表层ECCI图，图5d为图5b白框区域放大的ECCI图；图6是扭转前奥氏体钢棒材和经本专利技术在室温下，单向慢速和往复90°扭转不同角度后，钢棒的拉伸工程应力应变曲线。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。实施例1：如图1、图3、图4、图6所示，通过单向扭转的塑性变形对奥氏体钢进行处理以提高现有奥氏体钢的拉伸强度。首先将直径为10mm的商业304奥氏体不锈钢棒材经1050℃半小时固溶处理(水冷)后，再加工成截面为圆形的狗骨头状(两端粗、中间平行段细，平行段直径为4mm)柱状样品，将柱状样品置于扭转试验机上，进行扭转变形，扭转变形的温度为室温，扭转方式为单向扭转，扭转速度为10°/min(慢速)，边部最大切应变速率为6.0×10-5s-1，扭转角度分别为180°、360°以及720°。图3所示，随着扭转角度从180°增加到720°，马氏体含量(面积百分比)由0.3％缓慢增加6.0％。图1所示该柱状样品的最大扭转角度为1142°，继续扭转样品断裂。图4a所示，单向扭转360°后奥氏体不锈钢棒材心部未出现马氏体；图4b所示，奥氏体不锈钢棒材中部出现少量马氏体(面积百分比1.2％)，图4c所示，奥氏体不锈钢棒材表层出现少量马氏体(面积百分比4.3％)。因此，单向扭转变形后，奥氏体不锈钢棒材出现马氏体，且马氏体呈梯度分布，从心部到表层逐渐增加。图6所示，随着扭转变形量的增高钢棒材拉伸强度显著提高，包括屈服强度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)，采用奥氏体钢制备柱状样品，所述柱状样品截面为圆形；B)，将所述柱状样品放在扭转试验机上进行扭转变形。

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)，采用奥氏体钢制备柱状样品，所述柱状样品截面为圆形；B)，将所述柱状样品放在扭转试验机上进行扭转变形。2.根据权利要求1所述高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于，步骤A)中所述奥氏体钢为奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1所述高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于，步骤B)中所述柱状样品在扭转变形时可以沿其长度方向自由滑动。4.根据权利要求1所述高强高韧梯度马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于，步骤B)中所述扭转变形的变形方式为单向扭转或往复90°扭转。5.根据权利要求4所述高强高韧梯度马氏...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁，张芝民，宋波，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50