一种制造高强度、高延展性合金碳钢的方法，所述方法包括： （ａ）形成具有包含与残余奥氏体薄膜交错的马氏体板晶的微观结构的碳钢合金，和 （ｂ）将碳钢合金冷加工至这样的缩减：其足以获得至少是约１５０千磅力／平方英寸的拉伸强度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉引用本专利申请要求于2002年11月19日提交的美国在先专利申请60/427830的优先权。在先专利申请60/427830的内容以其整体内容作为本说明书所引用的参考文献。
技术介绍
1、专利
本专利技术涉及低碳和中碳钢合金技术，特别是那些具有高强度与韧性的钢合金，以及这些合金的冷成形。2、现有技术说明加工高性能钢的重要步骤是冷加工，通常包括由拉延，挤压，冷锻或轧制过程进行一系列压缩和/或膨胀。冷加工导致钢发生塑性变形，在使钢形成最终应用形状时产生应变硬化。冷加工，对于钢丝是通过拉丝实现的，通常是以具有中间热处理的连续步骤进行的，对于钢丝其术语是“铅浴淬火”。高强度钢丝是一种高性能钢，适合于各种工程应用，包括轮胎帘线，钢丝绳，和用于预应力混凝土配筋的股绳。高强度钢丝中最常用的钢是中碳或高碳钢。在形成钢丝的典型过程中，需要在若干步骤中冷拉具有珠光体微观结构的热轧棒，通过中间铅浴淬火处理软化用于继续冷拉的珠光体。比如可以在若干步骤中将大约5.5毫米直径的热轧棒粗拉至直径大约为3毫米。然后可以在850-900℃进行铅浴淬火，使钢奥氏体化，随后在500-550℃使钢转变成珠光体薄片。然后将钢浸泡在盐酸中，除去铅浴淬火时形成的锈皮。浸泡之后是若干进一步拉延步骤，使直径缩小到大约1毫米，然后进一步铅浴淬火和浸泡。然后分若干步骤进行最终拉延直到要求的最终直径，比如是大约0.4毫米，获得强度等要求的性质。随后根据最终用途作进一步处理，比如捻股。初始铅浴淬火处理的目的是形成具有薄片珠光体结构的线材，要求低转变温度。为了实现要求的温度控制，通常在熔融铅浴中进行该过程。在随后的拉延步骤中，拉延线材至真应变(定义如下)为6-7，从而获得大约3000兆帕的高强度。对于传统珠光体线材，只有通过一系列铅浴淬火处理才能获得这些高应变和强度。没有这些铅浴淬火处理，冷拉会导致珠光体薄片出现切变裂缝。由于需要使用熔融铅浴，所以整个过程成本很高，也会对环境造成损害。冷加工还被用于制造可膨胀钢管，即就地膨胀的管道，有时是在地下。近来钢合金领域的发展成果是形成含有交错排列的马氏体与奥氏体相的微观结构，其中的马氏体以被奥氏体薄膜分隔的板晶形式存在。微观结构是熔融晶粒，单个晶粒中含有被奥氏体薄膜分隔的若干马氏体板晶，在某些情况下，有一个奥氏体外壳包裹每个晶粒。这些结构被称为“位错板晶马氏体”结构或“群集-板晶马氏体/奥氏体”结构。公开这些微观结构的专利如下所述，都以其整体内容作为参考文献4170497(Gareth Thomas和Bangaru V.N.Rao)，根据1977年8月24日提交的申请于1979年10月9日公布。4170499(Gareth Thomas和Bangaru V.N.Rao)，根据1978年9月14日提交的申请于1979年10月9日公布，这一申请是上述1977年8月24日所提交申请的继续。4671827(Gareth Thomas，Nack J.Kim和Ramamoorthy Ramesh)，根据1985年10月11日提交的申请于1987年6月9日公布。6273968B1(Gareth Thomas)，根据2000年3月28日提交的申请于2001年8月14日公布。虽然这些微观结构都能提供某些性能优势，比如高耐腐蚀性，但是至今还不知道当这些微观结构存在时，能否简化或删除常用于钢合金的加工步骤。与本专利技术具有进一步潜在关系的是公开不使用铅浴淬火对钢棒和线材进行冷加工的两份美国专利。这些专利是4613385(Gareth Thomas和Alvin H.Nakagawa)，根据1982年12月9日提交的申请于1986年9月23日公布。4619714(Gareth Thomas，Jae-Hwan Ahn和Nack-Joon Kim)，根据1984年11月29日提交的申请于1986年10月28日公布，这一申请是上述1984年8月6日所提交申请的继续。这些专利也以其整体内容作为参考文献。认为这些专利中的钢微观结构不同于前述四项专利。专利技术概述现已发现群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构的独特之处在于其结晶学特征，以及这些特征如何使其对冷加工产生反应。由于这种微观结构的高位错密度和结构中的应变很容易在马氏体与奥氏体相之间移动，所以冷加工使微观结构具有包括高拉伸强度的独特力学性能。结果是，无需中间热处理就能对这些合金进行冷加工，同时仍然能获得可与经过具有中间热处理的冷加工加工而成的传统钢合金匹敌的拉伸强度。对于具有群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构的钢丝，本专利技术发现无需中间铅浴淬火处理就能进行冷加工。因此在本专利技术中，对于具有群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构的碳钢合金，即微观结构中包括与残余奥氏体薄膜交错的马氏体板晶的碳钢合金，优选不进行中间热处理，而冷成形至这样的缩减其足以获得大约150千磅力/平方英寸或更高的拉伸强度，相当于大约1085兆帕(即，牛顿/平方毫米)或以上。冷加工至2000兆帕(290千磅力/平方英寸)或以上的拉伸强度是特别有意义的，事实上采用本专利技术的方法，能够获得3000兆帕(435千磅力/平方英寸)以及高达4000兆帕(580千磅力/平方英寸)的拉伸强度。这些数值是近似的；精确至千分之一的换算因子是6.895兆帕等于1千磅力/平方英寸。本专利技术的优点能被推广到不含铁氧体或含有少量铁氧体的简单群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构，还可以推广到包括与铁氧体晶粒熔凝的群集-板晶晶粒的微观结构，推广到这些结构的变体，包括群集-板晶晶粒被奥氏体外壳包裹的结构，不含相间碳化物沉淀的结构，以及其中的奥氏体薄膜具有均匀取向的结构。与上述专利4613385和4619714所公开的内容来看，发现群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构能对冷加工产生这种反应是令人吃惊的，因为这些专利的微观结构中的铁氧体具有低于马氏体的屈服强度。结果是，铁氧体优选吸收冷加工产生的应变，而马氏体不会对冷加工产生反应，直到铁氧体相被加工硬化至高于马氏体屈服强度的程度。在本专利技术所述微观结构中，较低含量的铁氧体，或不含铁氧体，导致马氏体在冷加工过程的较早阶段吸收应变。马氏体和铁氧体在晶体结构和硬化行为方面是完全不同的。通过以下具体说明，能够更好地理解本专利技术的这些和其他特征，目的，优点和实施例。附图简要说明附图说明图1是两相群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构的两种钢合金经过本专利技术不包括中间热处理的冷加工之后的拉伸强度对真总应变的图。图2是三相群集-板晶马氏体/奥氏体/铁氧体微观结构的三种钢合金和两相群集-板晶马氏体/奥氏体微观结构的一种钢合金经过本专利技术不包括中间热处理的冷加工之后的拉伸强度对真总应变的图。专利技术和优选实施例的具体说明实施本专利技术的冷加工时，可以使用现有其他钢合金和微观结构领域中所用的冷加工技术与设备。对于初轧方坯、坯锭、型钢、板坯或薄板形式的合金，冷加工中可以包括在压辊或其他压制装置之间轧钢，减小其厚度并拉伸其长度。通过轧制进行冷加工时，可以多次通过轧机进行多次缩减。对于棒状或线状工件，冷加工可以包括冷拉或挤压通过拉模。对于多次缩减，工件被挤压通过一系列递次缩小的拉模。用位于环形拉模内部的心轴，拉延钢材通过该拉模，能够获得管材。对于多次操作，用位于已拉延管道中的心轴将本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·库辛斯基，G·托马斯，
申请(专利权)人：MMFX技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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