一种具有纳米、分层和亚稳骨骼组织高强钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢，合金成分重量百分比为：C：0.01‑0.1wt.％、Mn：7.0‑11.0wt.％、Cu：1.5‑4.0wt.％、Ni：1.0‑3.0wt.％、Al：1.0‑2.0wt.％，余量为Fe；本发明专利技术还涉及一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢的制备方法，包括称取合金成分、冶炼、铸造、锻造、热轧、冷轧和热处理工序，本发明专利技术的目的是提供一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢及其制备方法，该材料具有优异的力学性能，生产成本低、工艺窗口宽，有着巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米、分层和亚稳骨骼组织高强钢及其制备方法
本专利技术属于金属材料加工
，涉及一种显微组织为纳米、分层及亚稳化结构。
技术介绍
高强钢是一种常用的材料，广泛地应用于汽车材料领域，但是现有的高强度钢都存在一定的缺陷，如典型的15-5PH马氏体时效高强钢，其抗拉强度大于1000MPa，断后伸长率10-20％，耐蚀性较好，但由于其较高的合金成本，以及中等塑性，不适用于汽车用钢上；典型的第三代汽车用钢中Mn钢，抗拉强度900-1400MPa，断后伸长率20-40％；综合力学性能非常优异，但中锰钢的劣势为其扩孔率低，发生TRIP效应后裂纹易沿软、硬相组织进行扩展，微观组织特征决定了其成形性能差；典型的第三代高强钢中的低密度钢，抗拉强度700-1200MPa，断后伸长率25-50％；综合力学性能很好，但是加入Al后刚度降低，连铸易堵水口，较难控制显微组织，且不易实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有纳米、分层和亚稳骨骼组织高强钢及其制备方法，以解决现有高强钢存在的缺陷。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为：1.一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢，其特征在于，合金成分重量百分比为：C：0.01-0.1wt.％、Mn：7.0-11.0wt.％、Cu：1.5-4.0wt.％、Ni：1.0-3.0wt.％、Al：1.0-2.0wt.％，余量为Fe。一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；1)、称取合金成分，按照合金成分重量百分比称取相应的C、Mn、Cu、Ni、Al和Fe；2)、冶炼、铸造和锻造，将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造，然后在1050-1150℃温度进行锻造，锻造比为1.5-3.0，得到厚度为30-50mm厚的锻坯；3)、热轧和冷轧，将30-50mm厚的锻坯在1200-1250℃保温2.0-2.5h，然后在1100-1150℃进行热轧，总压下率为90-94％，得到厚度为3.0-5.0mm的热轧板，然后进行冷轧，压下率为50-60％，得到厚度为1.5-2mm的冷轧板；4)、热处理，将所得到的厚度为1.5-2mm的冷轧板在1020-1100℃保温15-25min，水淬至室温，然后在500-580℃保温1-5h，空冷至室温，即得到本专利技术的一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢。本专利技术的有益效果为：1、加入一定含量的Mn，可得到体积分数为20％以上的残余奥氏体，增加钢的塑性，且本专利技术将Mn强化奥氏体稳定性与Cu、Ni(Al，Mn)析出相结合，在时效过程中既可得到纳米级颗粒，又可继续强化奥氏体稳定性，起到一箭双雕的效果；具体含量范围是经过热力学计算以及强化公式计算得到的，具有坚实的理论依据。2、低碳含量的选取是兼顾一定的力学性能与焊接和成形性能，许多高强钢的研发是以中低碳钢和中碳钢为基，但这极大损害了后期钢板的焊接性；本专利技术降低了碳含量，通过析出动力学和热力学计算，获得一定纳米级析出颗粒来更好地强化、韧化和塑化基体。3、本专利技术通过热力学和动力学计算，设计合理的合金成分，使Ms点降低，得到纳米级别的马氏体板条和纳米级别的残余奥氏体，奥氏体生长于纳米马氏体板条之间，由此获得纳米、分层和亚稳化的骨骼显微组织。本专利技术以科学、合理的合金系统设计为基础，通过冶炼、热轧、冷轧和热处理工艺，制备具有纳米、分层和亚稳化骨骼结构的高强钢，本专利技术的创新性体现如下：1)通过热力学、动力学及物理冶金原理进行具有纳米、分层和亚稳化骨骼结构的高强钢的合金系统设计；2)通过理论计算设计具有与基体共格析出的纳米体心立方Cu及具有超结构的Ni(Al，Mn)，可以极大程度起到析出强化的效果；3)在1)和2)的基础上加入一定含量的Mn，并配合特定的热处理工艺，即可获得含有纳米、分层和亚稳化骨骼组织结构高强钢；本专利技术所制备的具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织高强钢的力学性能为：抗拉强度900-1200MPa，断后伸长率20.0-38.0％。附图说明图1为本专利技术实施例1中纳米骨骼组织透射电镜图像；图2为本专利技术实施例2中纳米骨骼组织透射电镜图像；图3为本专利技术实施例3中纳米骨骼组织透射电镜图像；图4为本专利技术实施例4中纳米骨骼组织透射电镜图像；图5为本专利技术实施例5中纳米析出颗粒的透射电镜图像。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。实施例1：一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织高强钢的制备方法，包括如下步骤；1)、称取合金成分，按照合金成分重量百分比称取0.04wt.％的C、7.0wt.％的Mn、2.0wt.％的Cu、3.0wt.％的Ni、1.5wt.％的Al，余量为Fe；2)、将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造，然后在1050℃温度进行锻造，锻造比为3.0，得到厚度为30mm厚的锻坯；3)、将30mm厚的锻坯在1200℃保温2.0h，然后在1150℃进行热轧，总压下率为90％，得到厚度为3.0mm的热轧板，然后进行冷轧，压下率为50％，得到厚度为1.5mm的冷轧板；4)、热处理，将所得到的厚度为1.5mm的冷轧板在1050℃保温15min，水淬至室温，然后在550℃保温5h，空冷至室温，即得到本专利技术的一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢，显微组织见图1所示，力学性能如表1所示。表1力学性能实施例2：一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织高强钢的制备方法，包括如下步骤；1)、称取合金成分，按照合金成分重量百分比称取0.01wt.％的C、8.0wt.％的Mn、1.5wt.％的Cu、2.0wt.％的Ni、1.0wt.％的Al，余量为Fe；2)、将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造，然后在1150℃温度进行锻造，锻造比为1.5，得到厚度为50mm厚的锻坯；3)、将50mm厚的锻坯在1250℃保温2.0h，然后在1100℃进行热轧，总压下率为94％，得到厚度为3.0mm的热轧板，然后进行冷轧，压下率为50％，得到厚度为1.5mm的冷轧板；4)、热处理，将所得到的厚度为1.5mm的冷轧板在1100℃保温20min，水淬至室温，然后在580℃保温1h，空冷至室温，即得到本专利技术的一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢，显微组织见图2所示，力学性能如表2所示。表2力学性能实施例3：一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织高强钢的制备方法，包括如下步骤；1)、称取合金成分，按照合金成分重量百分比称取0.06wt.％的C、9.0wt.％的Mn、4wt.％的Cu、1.0wt.％的Ni、2wt.％的Al，余量为Fe；2)、将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢，其特征在于，合金成分重量百分比为：C：0.01-0.1wt.％、Mn：7.0-11.0wt.％、Cu：1.5-4.0wt.％、Ni：1.0-3.0wt.％、Al：1.0-2.0wt.％，余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢，其特征在于，合金成分重量百分比为：C：0.01-0.1wt.％、Mn：7.0-11.0wt.％、Cu：1.5-4.0wt.％、Ni：1.0-3.0wt.％、Al：1.0-2.0wt.％，余量为Fe。


2.如权利要求1所述的一种具有纳米、分层和亚稳化骨骼组织的高强钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；
1)、称取合金成分，按照合金成分重量百分比称取相应的C、Mn、Cu、Ni、Al和Fe；
2)、冶炼、铸造和锻造，将步骤1)中称取的合金成分进行真空冶炼、铸造，然后在1050-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋成浩，孙振忠，王皓亮，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44