一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺制造技术

本发明专利技术属于金属材料领域，涉及一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺，其特征是：铸坯经加热后于1100～1200℃热轧，扎后直接层流冷却到300℃～600℃进行多道次轧制，轧后于150℃～300℃卷取，保温3～6小时后空冷至室温，可以生产抗拉强度大于2000MPa的无碳化物纳米尺度贝氏体钢。本发明专利技术工艺将低温贝氏体相变完成时间由3～4天缩短为3～6个小时，大大节约了时间和能源，可实现大批量工业生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于金属材料领域，涉及一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺，其特征是：铸坯经加热后于1100～1200℃热轧，扎后直接层流冷却到300℃～600℃进行多道次轧制，轧后于150℃～300℃卷取，保温3～6小时后空冷至室温，可以生产抗拉强度大于2000MPa的无碳化物纳米尺度贝氏体钢。本专利技术工艺将低温贝氏体相变完成时间由3～4天缩短为3～6个小时，大大节约了时间和能源，可实现大批量工业生产。【专利说明】—种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺
本专利技术属于金属材料领域，涉及到2000MPa级纳米尺度贝氏体钢的制备工艺，
技术介绍
强度是钢铁材料发展的驱动力，为了获得高强度钢铁材料广大科研工作者做了大量研究工作。研究发现，钢铁材料内部的缺陷使钢材的实际强度远小于理论强度，降低材料尺寸可使材料内部缺陷相对减少甚至消除。如碳纳米管，因其尺寸足够小使得缺陷出现几率小，具有极高强度。但在钢铁材料中纳米尺度的材料没有实际的应用意义。Bhadeshia认为，在钢铁材料内部引入更多的缺陷可以达到强化材料的作用，他设法在钢中储蓄缺陷从而阻碍位错的运动以提高材料强度。利用引入缺陷这一构想，Bhadeshia成功制得了强度为5.5GPa的钢线。但是，因其成型工艺受限这种高强度钢帘线的尺寸只能在微米尺度。钢铁材料中，贝氏体钢由于具有较高强度和良好的韧性，一直是钢铁材料界的研究重点。20世纪30年代Devenport和Bain发现了贝氏体组织，经过几十年的研究和发展，贝氏体钢的相变机理和热处理工艺逐渐完善。近十年来，一系列高强高韧贝氏体钢受到钢铁界重视，有学者称这一系列钢为超级贝氏体钢，如超细贝氏体钢(ultra-finebainiticsteels)、先进贝氏体钢(advanced bainitic steels)、超强贝氏体钢(ultrastrength bainitic steels)、无碳化物贝氏体钢(carbide-free bainitic steels)、纳米结构贝氏体钢(nanobainitic steels)、超级贝氏体钢(super bainitic steels)等。2002年，Bhadeshi a团队研发出一种新型的超高强度纳米贝氏体钢。该钢含碳量为1%、含硅1.5%，系高碳高硅钢，通过等温淬火的工艺，即经奥氏体化保温后快冷至100~250°C之间某一温度等温淬火，进行长时间等温获得细小贝氏体组织。这种低温转变的贝氏体亚结构为20~40nm厚的条状贝氏体铁素体组织，铁素体条间是薄膜状的富碳残余奥氏体。该低温等温淬火工艺制备的贝氏体钢力学性能极好，抗拉强度高达2.5GPa，硬度超过600HV，且韧性为30~40MPa.πι1/2。尽管纳米贝氏体钢具有超高强度和良好的韧性，但是制备耗时长，有些甚至需要几天乃至几十天。因此，缩短等温淬火的时间，加速贝氏体的相变过程，是解决纳米贝氏体钢产业化生产的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用热轧后钢板余热进行低温温轧并结合罩式退火的方法，生产纳米结构贝氏体钢。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是:一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺，该工艺适用的贝氏体钢化学质量百分比如下:C0.69 ~1.05% ；Sil.50 ~2.00% ;Mnl.80 ~2.50% ;Cr0.90 ~1.50% ;Mo0.20 ~0.30% ;V0.05 ~0.15%;Nb0.04~0.07% ;其余为Fe和不可避免的杂质；其具体步骤如下:I)按照化学成分质量百分比称取原料，进行冶炼、浇铸；2)铸坯经1200°C~1250°C加热，保温4~6小时均热后，在Ari以上高温区终轧，终轧温度在900°C~1000°C，轧后层流冷却至300°C~600°C。3)将2)中冷却到300°C~600°C的热轧板通过层流冷却线后的冷轧机，进行单道次10%~20%压下率的低温温轧；4)将3)中温轧后钢板卷取后投入罩式退火炉，炉温200°C~300°C，保温时间3h~6h，保温后空冷。本专利技术主要涉及到制备一种2000MPa级、具有纳米尺度贝氏体组织的超高强钢，其超细贝氏体中亚结构为厚度20~40nm的薄片贝氏体铁素体和厚度小于IOnm的富碳残余奥氏体薄膜，组织中无渗碳体析出。将高温均匀化退火后钢坯于单相奥氏体区温度热轧，热轧后层流冷却至贝氏体相变开始温度与马氏体相变开始温度之间某一温度，在该温度下进行低温温轧，轧后钢板投入罩式退火炉保温3~6小时移出，空冷至室温即可获得级超细贝氏体钢。 利用热轧后钢板余热进行低温温轧并在罩式退火炉中低温保温的方法是本专利技术在保证获得纳米结构贝氏体组织的前提下，缩短贝氏体相变时间的主要特征。形变既影响原子扩散又影响马氏体转变。Freiwillig和Tsuzaki发现形变奥氏体的固态相变速度加快；Yang和Larn的研究表明随着奥氏体形变量的增加，贝氏体转变速率减小。这是由于变形量增加，奥氏体的机械稳定提高导致贝氏体转变动力学减小。以往研究表明，根据不同成分的钢种选择在合适温度下进行合适的轧制量可以实现加速贝氏体相变。奥氏体淬火到300°C~600°C后的几分钟内贝氏体转变尚未开始，处于预相变期。因此，将经过热轧的钢板快速冷却到300°C~600°C进行单道次10%~20%压下率的低温轧制，使钢板中位错密度大大增加，存储大量畸变能为后续的贝氏体相变提供充足动力。这是因为，位错密度增加即增加了贝氏体相变行核的核心，存储的畸变能则为贝氏体行核后的长大提供动力，前者是加速贝氏体相变的重要因素。通常制备纳米尺度贝氏体钢是将热轧钢板重新加热到奥氏体区保温，待充分奥氏体化后将钢板淬火到贝氏体相变的低温区，在低温区继续保温几天到几十天。而利用本专利技术的工艺，只需将温轧后钢板冷却至200°C左右进行温轧后保温3~6小时即可获得转变完全的纳米尺度贝氏体组织。精确控制低温轧制的温度和压下率是生产纳米结构贝氏体钢的关键技术。本专利技术的有益效果:I)在保证不损失强度的同时，大大缩短了低温纳米尺度贝氏体相变时间。本专利技术涉及到的纳米结构贝氏体钢的抗拉强度高达2000MPa，延伸率> 10%，制备周期缩短至3~6小时。2)节能减排。本专利技术直接利用热轧板余热进行温轧，无需二次加热，大大节省了能源。3)操作可行，生产效率高。本专利技术摒弃了既耗能又费工时的常规低温等温淬火工艺，只调整热轧工艺并利用罩式退火炉进行短时间保温即可，因此，可以进行工业化大生产。4)应用前景广泛。本专利技术制备出的纳米结构贝氏体钢，因其强度极高、延伸率大，将其应用在汽车板，汽车梁材料上，甚至做装甲钢板和防弹头盔，前景可观。【专利附图】【附图说明】:图1为热处理工艺示意图。【具体实施方式】根据表1所给出的化学成分，经感应炉真空熔炼，铸造坯料锻造成坯，将煅坯在气氛保护条件下1250°C高温扩散退火48小时，以进行后续工艺。表1为各成分的质量百分数表1【权利要求】1.一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺，其特征在于贝氏体钢的合金化学质量百分比如下:C0.69 ~1.05% ；Sil.50 ~2.00% ；Mnl.80 ~2.50% ；Cr0.90 ~1.50% 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺，其特征在于贝氏体钢的合金化学质量百分比如下：C0.69～1.05%；Si1.50～2.00%；Mn1.80～2.50%；Cr0.90～1.50%；Mo0.20～0.30%；V0.05～0.15%；Nb0.04～0.07%；其余为Fe和不可避免的杂质元素，制备步骤如下：1)按照化学成分质量百分比称取原料，进行冶炼、浇铸；2)铸坯经1200℃～1250℃加热，保温4～6小时均热后，在Ar3以上高温区终轧，终轧温度在900℃～1000℃，轧后层流冷却至300℃～600℃；3)将步骤2）中冷却到300℃～600℃的热轧板通过层流冷却线后的冷轧机，进行单道次10%～20%压下率的低温温轧；4)将步骤3）中温轧后钢板卷取后投入罩式退火炉，炉温200℃～300℃，保温时间3h～6h，保温后空冷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爱民，黄耀，汪小培，何建国，耿志达，赵征志，赵复庆，何青，程俊业，李亮，刘强，米振莉，唐荻，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：