一種低溫溫軋制備2000MPa級納米尺度貝氏體鋼工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種低溫溫軋制備2000MPa級納米尺度貝氏體鋼工藝，其特征是：鑄坯經(jīng)加熱后于1100～1200℃熱軋，扎后直接層流冷卻到300℃～600℃進行多道次軋制，軋后于150℃～300℃卷取，保溫3～6小時后空冷至室溫，可以生產(chǎn)抗拉強度大于2000MPa的無碳化物納米尺度貝氏體鋼。本發(fā)明工藝將低溫貝氏體相變完成時間由3～4天縮短為3～6個小時，大大節(jié)約了時間和能源，可實現(xiàn)大批量工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】—種低溫溫軋制備2000MPa級納米尺度貝氏體鋼工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及到2000MPa級納米尺度貝氏體鋼的制備工藝，
【背景技術(shù)】
[0002]強度是鋼鐵材料發(fā)展的驅(qū)動力，為了獲得高強度鋼鐵材料廣大科研工作者做了大量研究工作。研究發(fā)現(xiàn)，鋼鐵材料內(nèi)部的缺陷使鋼材的實際強度遠小于理論強度，降低材料尺寸可使材料內(nèi)部缺陷相對減少甚至消除。如碳納米管，因其尺寸足夠小使得缺陷出現(xiàn)幾率小，具有極高強度。但在鋼鐵材料中納米尺度的材料沒有實際的應(yīng)用意義。Bhadeshia認為，在鋼鐵材料內(nèi)部引入更多的缺陷可以達到強化材料的作用，他設(shè)法在鋼中儲蓄缺陷從而阻礙位錯的運動以提高材料強度。利用引入缺陷這一構(gòu)想，Bhadeshia成功制得了強度為5.5GPa的鋼線。但是，因其成型工藝受限這種高強度鋼簾線的尺寸只能在微米尺度。
[0003]鋼鐵材料中，貝氏體鋼由于具有較高強度和良好的韌性，一直是鋼鐵材料界的研究重點。20世紀30年代Devenport和Bain發(fā)現(xiàn)了貝氏體組織，經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，貝氏體鋼的相變機理和熱處理工藝逐漸完善。近十年來，一系列高強高韌貝氏體鋼受到鋼鐵界重視，有學(xué)者稱這一系列鋼為超級貝氏體鋼，如超細貝氏體鋼(ultra-finebainiticsteels)、先進貝氏體鋼(advanced bainitic steels)、超強貝氏體鋼(ultrastrength bainitic steels)、無碳化物貝氏體鋼(carbide-free bainitic steels)、納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼(nanobainitic steels)、超級貝氏體鋼(super bainitic steels)等。
[0004]2002年，Bhadeshi a團隊研發(fā)出一種新型的超高強度納米貝氏體鋼。該鋼含碳量為1%、含硅1.5%，系高碳高硅鋼，通過等溫淬火的工藝，即經(jīng)奧氏體化保溫后快冷至100~250°C之間某一溫度等溫淬火，進行長時間等溫獲得細小貝氏體組織。這種低溫轉(zhuǎn)變的貝氏體亞結(jié)構(gòu)為20~40nm厚的條狀貝氏體鐵素體組織，鐵素體條間是薄膜狀的富碳殘余奧氏體。該低溫等溫淬火工藝制備的貝氏體鋼力學(xué)性能極好，抗拉強度高達2.5GPa，硬度超過600HV，且韌性為30~40MPa.πι1/2。盡管納米貝氏體鋼具有超高強度和良好的韌性，但是制備耗時長，有些甚至需要幾天乃至幾十天。因此，縮短等溫淬火的時間，加速貝氏體的相變過程，是解決納米貝氏體鋼產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于利用熱軋后鋼板余熱進行低溫溫軋并結(jié)合罩式退火的方法，生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種低溫溫軋制備2000MPa級納米尺度貝氏體鋼工藝，該工藝適用的貝氏體鋼化學(xué)質(zhì)量百分比如下:
[0008]C0.69 ~1.05% ；
[0009]Sil.50 ~2.00% ;
[0010]Mnl.80 ~2.50% ;[0011]Cr0.90 ~1.50% ;
[0012]Mo0.20 ~0.30% ;
[0013]V0.05 ~0.15%;
[0014]Nb0.04~0.07% ;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0015]其具體步驟如下:
[0016]I)按照化學(xué)成分質(zhì)量百分比稱取原料，進行冶煉、澆鑄；
[0017]2)鑄坯經(jīng)1200°C~1250°C加熱，保溫4~6小時均熱后，在Ari以上高溫區(qū)終軋，終軋溫度在900°C~1000°C，軋后層流冷卻至300°C~600°C。
[0018]3)將2)中冷卻到300°C~600°C的熱軋板通過層流冷卻線后的冷軋機，進行單道次10%~20%壓下率的低溫溫軋；
[0019]4)將3)中溫軋后鋼板卷取后投入罩式退火爐，爐溫200°C~300°C，保溫時間3h~6h，保溫后空冷。
[0020]本發(fā)明主要涉及到制備一種2000MPa級、具有納米尺度貝氏體組織的超高強鋼，其超細貝氏體中亞結(jié)構(gòu)為厚度20~40nm的薄片貝氏體鐵素體和厚度小于IOnm的富碳殘余奧氏體薄膜，組織中無滲碳體析出。將高溫均勻化退火后鋼坯于單相奧氏體區(qū)溫度熱軋，熱軋后層流冷卻至貝氏體相變開始溫度與馬氏體相變開始溫度之間某一溫度，在該溫度下進行低溫溫軋，軋后鋼板投入罩式退火爐保溫3~6小時移出，空冷至室溫即可獲得級超細貝氏體鋼。
[0021]利用熱軋后鋼板余熱進行低溫溫軋并在罩式退火爐中低溫保溫的方法是本發(fā)明在保證獲得納米結(jié)構(gòu)貝氏體組織的前提下，縮短貝氏體相變時間的主要特征。
[0022]形變既影響原子擴散又影響馬氏體轉(zhuǎn)變。Freiwillig和Tsuzaki發(fā)現(xiàn)形變奧氏體的固態(tài)相變速度加快；Yang和Larn的研究表明隨著奧氏體形變量的增加，貝氏體轉(zhuǎn)變速率減小。這是由于變形量增加，奧氏體的機械穩(wěn)定提高導(dǎo)致貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)減小。以往研究表明，根據(jù)不同成分的鋼種選擇在合適溫度下進行合適的軋制量可以實現(xiàn)加速貝氏體相變。
[0023]奧氏體淬火到300°C~600°C后的幾分鐘內(nèi)貝氏體轉(zhuǎn)變尚未開始，處于預(yù)相變期。因此，將經(jīng)過熱軋的鋼板快速冷卻到300°C~600°C進行單道次10%~20%壓下率的低溫軋制，使鋼板中位錯密度大大增加，存儲大量畸變能為后續(xù)的貝氏體相變提供充足動力。這是因為，位錯密度增加即增加了貝氏體相變行核的核心，存儲的畸變能則為貝氏體行核后的長大提供動力，前者是加速貝氏體相變的重要因素。
[0024]通常制備納米尺度貝氏體鋼是將熱軋鋼板重新加熱到奧氏體區(qū)保溫，待充分奧氏體化后將鋼板淬火到貝氏體相變的低溫區(qū)，在低溫區(qū)繼續(xù)保溫幾天到幾十天。而利用本發(fā)明的工藝，只需將溫軋后鋼板冷卻至200°C左右進行溫軋后保溫3~6小時即可獲得轉(zhuǎn)變完全的納米尺度貝氏體組織。精確控制低溫軋制的溫度和壓下率是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的關(guān)鍵技術(shù)。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]I)在保證不損失強度的同時，大大縮短了低溫納米尺度貝氏體相變時間。本發(fā)明涉及到的納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼的抗拉強度高達2000MPa，延伸率> 10%，制備周期縮短至3~6小時。[0027]2)節(jié)能減排。本發(fā)明直接利用熱軋板余熱進行溫軋，無需二次加熱，大大節(jié)省了能源。
[0028]3)操作可行，生產(chǎn)效率高。本發(fā)明摒棄了既耗能又費工時的常規(guī)低溫等溫淬火工藝，只調(diào)整熱軋工藝并利用罩式退火爐進行短時間保溫即可，因此，可以進行工業(yè)化大生產(chǎn)。
[0029]4)應(yīng)用前景廣泛。本發(fā)明制備出的納米結(jié)構(gòu)貝氏體鋼，因其強度極高、延伸率大，將其應(yīng)用在汽車板，汽車梁材料上，甚至做裝甲鋼板和防彈頭盔，前景可觀。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0030]圖1為熱處理工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0031]根據(jù)表1所給出的化學(xué)成分，經(jīng)感應(yīng)爐真空熔煉，鑄造坯料鍛造成坯，將煅坯在氣氛保護條件下1250°C高溫擴散退火48小時，以進行后續(xù)工藝。
[0032]表1為各成分的質(zhì)量百分數(shù)
[0033]表1
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種低溫溫軋制備2000MPa級納米尺度貝氏體鋼工藝，其特征在于貝氏體鋼的合金化學(xué)質(zhì)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% ； 其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素，制備步驟如下: 1)按照化學(xué)成分質(zhì)量百分比稱取原料，進行冶煉、澆鑄； 2)鑄坯經(jīng)1200°C~1250°C加熱，保溫4~6小時均熱后，在Ari以上高溫區(qū)終軋，終軋溫度在900°C~1000°C，軋后層流冷卻至300°C~600°C ； 3)將步驟2)中冷卻到300°C~600°C的熱軋板通過層流冷卻線后的冷軋機，進行單道次10%~20%壓下率的低溫溫軋； 4)將步驟3)中溫軋后鋼板卷取后投入罩式退火爐，爐溫200°C~300°C，保溫時間3h~6h，保溫后空冷ο.
【文檔編號】C22C38/38GK103468906SQ201310424351
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】趙愛民, 黃耀, 汪小培, 何建國, 耿志達, 趙征志, 趙復(fù)慶, 何青, 程俊業(yè), 李亮, 劉強, 米振莉, 唐荻 申請人:北京科技大學(xué)