一种高强度、高塑性含铜高碳ＴＷＩＰ钢及其制备工艺制造技术

一种高强度、高塑性含铜高碳ＴＷＩＰ钢及其制备工艺，是在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃ系ＴＷＩＰ钢的基础上通过提高碳含量，并把非碳化物形成元素Ｃｕ以及稀土Ｃｅ作为合金元素加入钢中，结合９００℃～１０５０℃的高温固溶处理工艺，热轧工艺减少铸锭组织中空隙缺陷，充分发挥出这种高碳含铜ＴＷＩＰ钢的本征强度和塑性，所研制的合金钢突出特点是反映其综合力学性能的强塑积显著提高，该合金钢的屈服强度为５１３．７ＭＰａ，抗拉强度为１２２３．７ＭＰａ，延伸率为８６．８％，强塑积高达１０６２１７．２ＭＰａ.％，比目前国内外文献所报道的各种ＴＷＩＰ钢的最高数据８７８８２ＭＰａ.％提高了２０％，为机械制造业、装备业制备出新型高强韧性钢材。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金钢结构领域，更具体涉及一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢及 其制备工艺。
技术介绍
随着现代经济的高速发展，钢铁材料用户对钢铁材料的使用性能和技术指标提出 了更高的要求。作为新世纪的的工程机械、船舶舰艇、兵器装备、大型储存容器、水电和火电 能源设备以及高层建筑等都要求高性能、使用寿命长和低成本的新型钢铁材料。而且随着 社会的进一步发展，对钢铁材料的生产、加工及使用也提出了节省资源、节能环保的要求。 因此，开发先进钢铁材料成为经济社会发展的迫切需要。1997年，G. Frommeyer等研究人员首次提出TWIP效应，并把具有此类效应的合金 钢称为TWIP钢。TWIP钢不仅具有中等的抗拉强度(约600MPa)和优良的塑性(延伸率大于 80%)，而且具有高的能量吸收能力(如20°C时约为0. 5J/mm3)，为传统深冲钢的2倍以上， 并且没有低温脆性转变温度，在一 196°C 20(TC形变温度区间内没有冷脆转变温度。正是 由于TWIP的诸多优异性能，使其在机车、汽车、高架建筑、抗冲击钢板、低温容器等领域展 示出广阔的应用潜力。目前，国内外对TWIP钢的研究主用集中在Fe-Mn-Al-Si系、Fe-Mn-Al-C系及 Fe-Mn-C系。其中Fe-Mn-Al-Si系的碳含量极低，Fe-Mn-Al-C系和Fe-Mn-C系碳含量一般 为0. 5^0. 7% ；而且Si元素的加入容易引起表面质量缺陷，增加TWIP钢的后续表面加工的 难度；Al元素的加入增大钢液的粘度，破坏钢的表面和内部质量，因此，可以尝试提高C的 含量，这样不仅可以增加奥氏体的稳定性，而且C-Mn原子对有可能进一步提高强度。在钢中，Cu通常被认为是一种不希望存在的元素，一方面由于其熔点低，易形成低 熔点相，增加钢的热加工难度；另一方面Cu的存在影响钢的质量和表面外观。因此，钢中 的Cu含量一般很低0. 05%)，但是钢液中的Cu较难去除，需进一步降低钢中的Cu含量， 往往提升钢的经济成本且增加生产难度。然而，近代含铜钢的研究表明，钢加入适量的Cu 时，应用高温固溶处理，使铜处于过饱和态，通过一定的温度时效处理，析出ε -Cu相，产生 沉淀强化，可显著提高钢的强度。此外Cu还可以提高钢的耐腐蚀性、焊接性。Cu具有面心立方晶格结构，原子半径为1. 27\10-1(1111与铁原子半径(1. 26X1010m) 仅相差0. Inm ；与Fe原子具有较强的结合力；而且Cu是奥氏体形成元素，可以扩大奥氏体 相区，进一步稳定Fe-Mn-C系TWIP钢奥氏体基体的稳定性；并且Cu是非碳化物形成元素， Cu在TWIP钢中的加入不会引起碳化物的大量形成而难以形成单一的奥氏体基体。因此Cu 完全可以作为合金元素在TWIP钢加以利用。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢及其制备工艺。它 是在Fe-Mn-C系TWIP钢的基础上通过提高碳含量，并把Cu作为合金元素加入钢中，结合一定的加工工艺得到一种具有更高强度和塑性的TWIP钢，进一步提高TWIP合金钢的综合力 学性能(强塑积)，为机械制造业、装备业提供新型高强韧性钢材。本专利技术的技术方案如下一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢的化学组成成分按质量百分比为c :1. Γι. 5%， Mn :19. 5 20. 7%, Cu 2. 5 4. 5%，稀土 Ce 0. 2Γ0. 24%，余量为Fe和不可避免的杂质。一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢的制备工艺包括以下步骤熔炼、固溶处理、 热轧、冷轧、回复再结晶。该制备工艺的具体步骤如下1)熔炼将 C 1. Γι. 5%, Mn 19. 5 20. 7%, Cu 2. 5 4. 5%，稀土 Ce 0. 21 0. 24%, 余量为Fe按比例加入有真空氩气保护电弧熔炼炉中，冶炼上述成分合金，冶炼的温度在 1650°C—1700°C ；2)固溶处理将步骤1)得到的合金加热至100(T1055°C进行固溶处理，保温4. 0 6· Oh ；3)热轧将步骤2)的试样迅速放置在热轧机进行轧制，开轧温度为100(T1055°C， 终轧温度保持在750°C以上，总轧制变形量为60-90%，通过5-7道次反复轧制完成上述变形 量，每道次变形量为10%-18%，最后一道次轧完直接水淬。热轧的目的除了钢板成形外，另一 重要目的是消除这种高碳钢铸锭中的缩松孔洞以及高温固溶处理形成的微孔缺陷。4)冷轧将热轧处理后的合金在两辊轧机对其进行分道次可控轧制，每次 轧制变形量控制在8%-12%，轧制厚为0. 8-1. 5mm,轧制变形量为50 68% ；轧制结束后，在 100(Tl055°C保温3 5min，然后水淬；5)回复再结晶将冷轧后的合金在100(T1055°C进行高温回复与再结晶，保温 l(T20min，取出迅速水淬。通过上述步骤制备的合金可得到504 540MPa的屈服强度和117(Tl274MPa的 抗拉强度以及64. 7^86. 8%的延伸率。本专利技术具有如下优点(1)具有优良的综合力学性能。本专利技术利用传统的轧制技术和热处理工艺制备出晶 粒大小为1(Γ40 μ m且具有退火孪晶和平行条带组织的奥氏体基体，具有独特的微观结构。 本专利技术材料具有极高的强度和塑性，通过加入高碳、微量稀土 Ce及2. 5^4. 5%的铜元素，在 延伸率达到86. 8%时，屈服强度和抗拉强度依然高达513. 7MPa、1223. 7MPa,强塑积(强度和 延伸率的乘积)达到106217. 2MPa · %，该性能比目前国内外所报道的最高值87882 MPa · % 提高了 20%。(2)制备方法简单。(3)应用潜力广阔。本专利技术的合金材料经过适当的成分配比及相应的加工工艺能 得到高强度的同时保持高的塑性，这种高强高塑合金在汽车、军工、建筑、低温容器等行业 都显示出广阔的应用前景。(3)合金元素Cu的利用。传统钢铁材料都把Cu当作杂质元素，在炼钢过程中加以 去除，但因此也增加了炼钢难度及相应的成本。本专利技术把合金元素Cu加以利用，不仅优化 了合金的性能，且降低了炼钢难度及成本。附图说明图1为本专利技术高强度、高塑性含铜高碳合金钢拉伸变形前的金相组织图； 图2为本专利技术高强度、高塑性含铜高碳合金钢拉伸变形后的金相组织图； 图3为本专利技术高强度、高塑性含铜高碳合金钢的工程应力_应变曲线； 图4为本专利技术高强度、高塑性含铜高碳合金钢的真应力_应变曲线；图5为本专利技术高强度、高塑性含铜高碳合金钢拉伸变形前后的实物图。具体实施例方式一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢的化学组成成分按质量百分比为C: 1. Γι. 5%, Mn :19. 5 20. 7%, Cu :2· 5 4. 5%，稀土 Ce 0. 21 0. 24%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢的制备工艺包括以下步骤熔炼、固溶处理、 热轧、冷轧、回复再结晶。该制备工艺的具体步骤如下1)熔炼将 C :1. Γι. 5%, Mn 19. 5 20. 7%, Cu 2. 5 4. 5%,稀土 Ce 0. 21 0. 24%, 余量为Fe按比例加入有真空氩气保护电弧熔炼炉中，冶炼上述成分合金，冶炼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度、高塑性含铜高碳ＴＷＩＰ钢，其特征在于：该ＴＷＩＰ钢的化学组成成分按质量百分比为：Ｃ：１．１～１．５％，Ｍｎ：１９．５～２０．７％，Ｃｕ：２．５～４．５％，稀土Ｃｅ：０．２１～０．２４％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢，其特征在于该TWIP钢的化学组成成分按质量百分比为C1.1~1.5%，Mn19.5~20.7%，Cu2.5~4.5%，稀土Ce0.21~0.24%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢的制备工艺，其特征在于该制备工艺包括以 下步骤熔炼、固溶处理、热轧、冷轧、回复再结晶。3.一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢的制备工艺，其特征在于该制备工艺的具体 步骤如下1)熔炼将 C 1. Γι. 5%, Mn 19. 5 20. 7%, Cu 2. 5 4. 5%，稀土 Ce 0. 21 0. 24%，余量为 Fe按比例加入有真空氩气保护电弧熔炼炉中，冶炼上述成分合金，冶炼的温度在1650°C— 1700 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱定一，易韦发，杨泽斌，林淑梅，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]