本发明专利技术属于钢铁材料制备领域，特别是一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料的制备方法。其成分范围为：Ｃ％：０．２－０．４９ｗｔ％或者０．５５－１．５ｗｔ％，Ｍｎ％：１０－２２ｗｔ％或者２３．１－３５ｗｔ％，Ａｌ％：＜１ｗｔ％，Ｓｉ％：＜１ｗｔ％，Ｓ％：＜０．００８％，Ｐ％：＜０．０２％，余量是Ｆｅ及不可避免的杂质。制备步骤为：冶炼制备的板坯经热轧工艺可得到使用状态的热轧薄板：或热轧、冷轧得到冷轧薄板，经过热处理使抗拉强度在７５０－１２００ＭＰａ，同时屈服强度在２３０－６１５ＭＰａ，延伸率在４５－７０％，－１００℃以上不存在韧脆性转折点。本发明专利技术制备的高强度、高塑性的钢铁材料具有优异的综合力学性能和良好的加工性能与成形性能。可用于铁路钢轨、制造轿车、工程机械、输油气管线和液化天然气运输船以及军工等行业对迅速发展的汽车产业和军工行业具有重要的价值和极大的应用空间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属钢铁材料制备领域，涉及。
技术介绍
进入21世纪，轻量节能汽车、深井采油管和大口径输油(气)管、大型工程机械、 大跨度重载桥梁、大型高性能船舶和高层建筑等的迅速发展，尤其对于我国重点发展的 基础铁路交通事业，对钢铁材料的性能和使用寿命提出了更高的要求。同时，钢铁业的 竞争日益升级，用户要求也不断提高。所有这些问题正给钢铁工业持续稳定发展带来了 的严峻挑战。因此，依靠科技进步不断提高钢铁产品质量，按照"节约、回收和再利用" 的原则，开发质量更高、性能更好、寿命更长和性能价格比更高的先进钢铁结构材料， 比任何时候都显得紧迫和必要。孪 生变形作为滑移之外的第二种变形机制历来被认为只有在滑移变形困难的六方金 属和特殊的变形条件下存在，从晶体学原理可知，孪生是品体进行切变的一种方式，但 它与滑移的切变又不相同，不是只局限于滑移面的一种切变，而是均匀分布在孪生区域 内的一种切变。因此近年來孪晶在纳米铜中的作用被引起了广泛关注，因为孪晶在纳米 铜中保证高强度的同时获得较高的加工硬化和塑性变形能力同时不降低材料的导电性， 提高了纳米金属材料的综合力学性能(文献l: LuL,ShenYF,ChenXH,QianLH,Lu,K. Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper. Science, 304(2004》422-426.文 献2: Shen Y F, Lu L, Lu Q H, Jin Z H， Lu K. Tensile properties of copper with nano-scale twins. ScriptaMate,52(2005):989-994.)而在钢铁材料中，孪生变形很少引起研究者的注 意，在奥氏体不锈钢中人们发现了孪晶的存在，但是只注意了不锈钢的耐腐蚀性而鲜有 深入系统地研究孪生对钢铁材料的组织性能的影响。直到近几年孪晶诱导塑性钢优越的高强度(600-1200MPa)、高塑性(最大延伸率可达 95%)、高韧性(-1961:钢具有65%的总应变)的研究，使一种新的大范围提高钢材性能 的手段成为可能。使孪生变形对钢的性能的贡献引起了材料研究者的重新认识。因为传 统的TWIP钢成分为Fe-25Mn-3Al-3Si-0. 03C (文献3: Georg Frommeyer, Udo Brux, Peter Neumann. Supra-ductile and high-strength manganese-TRIP/TWIP steels for high energy absorption purposes, ISIJ International, V 43(2003)3:438-446.)其中A1含量较高，因为Al在浇铸时易氧化，会堵浇铸的水口，而高含量的Si会影响冷轧板的镀锌质量，这些问题 会为TWIP钢的工业化生产带来难题，因此有必要开发新一代的低Si低Al的TWIP钢。本 专利技术降低了A1、 Si含量，使其成分更接近于工业化生产，在保持较高塑性的同时强度大 幅度提高。但是由于高锰和高铝高硅含量使得高强度高塑性孪晶诱导塑性钢的制备存在难题， 使用通常縮写为"DSC工艺"的"钢带连铸(Direct Strip Casting)"工艺来进行铸造 带材的制备具有高的强度(专利公开号CN 101160183A,具有高锰含量的轻质结构钢 的生产方法和设备)，但是仍具有特征性缺点。例如，出现宽范围的脆-韧转变温度、性 能对温度的严重依赖或更多各向异性变形行为。专利(专利公开号CN 101065503A具 有TWIP性能的高强度钢带或薄钢板以及通过钢带连铸制备它的方法)在不间断地进行连 续加工歩骤中将熔融材料施加到传送带上，并对其进行冷却，凝固为预制带材之后进行 轧制。该方法是一种利用特殊设备连续的生产薄带材的方法，其应用范围受到了极大的 限制，且其生产的材料性能偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，利用现有 的传统设备生产出具有最佳性能组合和同样的最佳实用价值的高强度高塑性孪晶诱导 塑性钢铁材料。一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料，其成份范围为C%:0.2-0.49wt%或者0.55-1.5wt%, Mn%: 10-22wt%或者23.1-35wt%, Al%:<lwt%, Si%<lwt%, S%<0.008%, P%<0.02%，余量是Fe及不可避免的杂质。层错能控制在20-60 mJ.mm2;制备歩骤为1) .采用电磁感应炉真空熔炼，充氩气保护，浇铸成板坯；2) .利用轧制技术，经热轧，其中热轧的加热温度1100-1200"，保温30分钟一3小时 后，在350 二辊热轧机上热轧，得到厚度为2.5 3.5mm的热轧薄板，总变形量为80 95%，热轧的开轧温度为1100，终轧温度为75(TC，优选终轧温度控制在850'C以上； 终轧之后空冷至巻取温度，巻取温度控制在400-750'C，优选巻取温度是500-600。C，即 可得到使用状态的热轧薄板；。3) .热轧钢板经酸洗后在430四辊冷轧机上冷轧，冷轧板厚度0.8-1.5mm，冷轧压下率 控制在30-80%，冷轧压下率优选控制在50-70%。4) .热处理工艺将0.8-1.5mm厚的冷轧钢板在加热炉中在设定温度600-850'C保温5-60分钟后，以5°C/min-100°C/s的速度冷却至室温；优选热处理工艺是650-750'C保温5-20 分钟，冷却速度是10-50°C/s。高碳高锰含量的高强度高塑性孪晶诱导塑性钢铁材料，其微观结构经过热轧或热处 理后变形前是奥氏体基体中存在有退火孪晶和层错，其晶粒尺寸为2-20Mffl，退火孪晶生 长并贯穿于晶粒内部；经变形后，在外力作用下形成形变孪晶，取向相同的孪晶片层之 间相互平行。正是由于变形过程中形变孪晶的形成及变形最后阶段的剪切带变形从而诱 导塑性使材料在具有高强度的同时具有高塑性。本材料通过工艺控制得到不同级别的强度和塑性的配比，可得到抗拉强度在 750-1200MPa，同时屈服强度在260-615MPa，延伸率(八5())在50-70%，在使用状态下具有 较高的应变硬化指数，n (4%->Ag) =0.418， n(4%-10%)=0.2687.。本专利技术具有如下优点1. 具有优良的性质。本专利技术利用轧制技术和热处理工艺制备出具有退火孪晶和层 错的奧氏体晶粒，其大小为2-20Wn，具有独特的微观结构。本专利技术材料具有很高的延伸 率，As。可高达70。/。，该塑性指标已远远高于用其他传统方法制备的钢铁材料。2. 应用前景好。由于本专利技术中这种钢铁材料可通过不同的化学成分配比经过热轧 工艺控制或者冷轧后简单的热处理后具有退火孪晶的奧氏体组织结构，使得材料具有高 强度的同时具有高塑性。因此，这种高强度高塑性的钢铁材料对高速发展的汽车、石油、 铁路、建筑、船舶等行业及军工用品方面和需要的发展具有重要价值3. 制备方法简单。本专利技术利用传统的炼钢技术、轧制工艺和热处理技术，只需控 制热轧工艺及热处理工艺即可获得这种具有孪晶组织的高强度高塑性的钢铁材料。4成本低。本专利技术的钢铁材料不需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料的制备方法，其特征是材料成份范围为： Ｃ％：０．２－０．４９ｗｔ％或者０．５５－１．５ｗｔ％，Ｍｎ％：１０－２２ｗｔ％或者２３．１－３５ｗｔ％，Ａｌ％：＜１ｗｔ％，Ｓｉ％＜１ｗｔ％，Ｓ％＜０．００８％，Ｐ％＜０．０２％，余量是Ｆｅ，层错能控制在２０－６０ｍＪ.ｍｍ↑［２］；制备步骤为： １）．采用电磁感应炉真空熔炼，充氩气保护，浇铸成板坯； ２）．利用轧制技术，经热轧，其中热轧的加热温度１１００－１２００℃，保温３０分钟－３小时后，在３５０二辊热轧机上热轧，得到厚度为２．５～３．５ｍｍ的热轧薄板，总变形量为８０～９０％，热轧的开轧温度为１１００，终轧温度为７５０℃；终轧之后空冷至卷取温度，卷取温度控制在４００－７５０℃，得到使用状态的热轧薄板； ３）．热轧薄板经酸洗后在４３０四辊冷轧机上冷轧，冷轧钢板厚度０．ｇ－１．５ｍｍ，冷轧压下率控制在３０－８０％； ４）．热处理工艺：将０．８－１．５ｍｍ厚的冷轧钢板在加热炉中在设定温度６００－８５０℃下保温５－６０分钟后，以５℃／ｍｉｎ－１００℃／ｓ的速度冷却至室温。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：米振莉，唐荻，江海涛，代永娟，吕建崇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。