專利名稱：一種納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種鋼板材的制備方法。
背景技術：
作為結構材料而大量使用的鋼的主要強化方法是淬火，獲得馬氏體組織。而鋼中馬氏體通常有兩種形態(tài)一種為板條狀馬氏體，其內(nèi)部亞結構是位錯；另一種為針片狀馬氏體，其內(nèi)部亞結構是孿晶。板條狀馬氏體組織具有高強度和高韌性，即具有良好的綜合力學性能，而針片狀馬氏體具有高硬度、高強度，但其韌性很低。因此，對于要求耐沖擊和承受較高載荷的構件，控制其得到板條狀馬氏體的微觀組織是很有意義的。通常情況下，鋼淬火得到馬氏體的同時會伴有少量的殘余奧氏體。那么，板條馬氏體的厚度及殘余奧氏體的形態(tài)、數(shù)量和分布特征對鋼的力學性能起到關鍵的作用。位錯亞結構的板條馬氏體與薄膜 殘余奧氏體交替排列的組織，具有較大的裂紋擴展抗カ及較好的塑性、韌性和零部件成形性。其中殘余奧氏體的穩(wěn)定性是保持高韌性的一個關鍵因素。如果殘余奧氏體的穩(wěn)定性較低，其在載荷作用下即發(fā)生轉(zhuǎn)變，生成硬脆的馬氏體組織，或使用環(huán)境溫度稍高即轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟铮@都將使鋼脆化，惡化其使用性能。為了解決這種殘余奧氏體的不穩(wěn)定性的問題，G.J.庫辛斯基等人(發(fā)明專利CN 1325685C)發(fā)明了一種納米復合馬氏體鋼，所含合金元素按重量百分比為C O. 05^0. 33, Cr 0.5 12、Ni 0·25 5、Μη O. 26 6、Si〈l ;其顯微組織由馬氏體板條與奧氏體薄膜交替分布組成，且每個奧氏體晶粒內(nèi)部存在單個變體的板條束，組織中奧氏體的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)淬火得到的多變體板條馬氏體組織中的奧氏體；其優(yōu)選的制造方法主要包括如下步驟在奧氏體化溫度范圍105(T120(TC軋制或鍛造，再冷卻到奧氏體再結晶溫度到高于此溫度50°C的溫度范圍90(T950°C最優(yōu)選溫度為90(T925°C)軋制或鍛造，使奧氏體發(fā)生動態(tài)再結晶，來細化奧氏體晶粒，使奧氏體晶粒的尺寸小于10微米(最好為5、微米)，再冷卻淬火，得到在每個奧氏體晶粒內(nèi)含有単一取向的板條馬氏體與薄膜奧氏體交替排布的組織。但該專利權利要求的合金成分不含Mo或W，容易引起回火脆性；Si含量較低(〈I wt. %)，不利于提高鐵素體強度和回火穩(wěn)定性，以及抑制碳化物析出；エ藝步驟要求較為精確地控制終軋溫度來保證發(fā)生動態(tài)再結晶細化奧氏體晶粒，從而獲得晶粒尺寸〈10微米的奧氏體；無回火處理，塑性和韌性水平還有提高的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種エ藝簡單、操作方便、能夠提高塑性和韌性的納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材的制備方法。本發(fā)明的技術方案如下
1、本發(fā)明納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材的化學成分按重量百分比為C
O.28 O. 32，Si I. 5 I. 8，Mn I. 5 I. 7，Cr I. (Tl. 3，Ni O. 9 1.1，W O. 6 O. 8，Ρ〈0· 02，SCO. 02，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
2、熔煉鑄錠用真空感應爐對中碳合金鋼進行熔煉，真空度O. Γ0. 6 Pa、溫度152(Tl560°C、熔煉時間O. 5^1. O h，將熔煉的鋼水澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫；
3、軋制
將上述鑄錠加熱至1220°C保溫Γ5 h出爐，在118(Tl200°C開始粗軋，終軋溫度為87(T890°C，六道次軋制，總壓下量為85% ;軋后噴水快速冷卻到40(Γ600で，立即進行3(Γ50%壓下量的單道次軋制，然后迅速噴水冷卻到室溫，得到板材；
4、回火處理
將上述板材加熱到20(T35(TC，保溫2、h回火后出爐空冷到室溫，制得納米結構板條 馬氏體超高強度鋼板材，其微觀組織為平均厚度5(T80 nm的板條狀回火馬氏體。各合金元素的主要作用如下
C :可大幅提高淬透性，是鋼中最有效的固溶強化元素，C含量的增高，可顯著提高馬氏體的強度，但含量過高脆性變大。故選擇典型中碳鋼的C含量范圍O. 28、. 32 Wt. %，以保證獲得優(yōu)異的綜合力學性能。Si :加入量超過I. 5%可強化馬氏體，阻礙碳化物析出，提高回火穩(wěn)定性，有利于在板條馬氏體之間形成殘余奧氏體薄膜，并可將第一類回火脆性溫度提高到350°C以上，而Si含量超過2%時會導致鍛造性能降低，并增大脆性，故Si的加入量控制在I. 5^1. 8%。Mn :大幅提高淬透性，但過多的Mn導致淬火后殘余奧氏體量過多，故Mn的加入量控制在I. 5 I. 8%。Cr :提高淬透性和回火穩(wěn)定性。Ni :提高淬透性，改善韌性。W :提高淬透性，防止第二類回火脆性。奧氏體化后快速冷卻到過冷奧氏體溫區(qū)40(T60(TC進行軋制，過冷奧氏體發(fā)生塑性變形但不發(fā)生再結晶，位錯密度和強度顯著増大，壓扁的過冷奧氏體晶粒產(chǎn)生變形織構，快速冷卻到220°C后空冷到室溫過程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體的高密度位錯造成馬氏體形核位置顯著增多，過冷奧氏體的高強度致使馬氏體轉(zhuǎn)變的切變阻カ増大，故最后得到了納米結構板條馬氏體與殘余奧氏體薄膜交替排布的組織。此外，壓扁的過冷奧氏體晶粒及其變形織構限制了馬氏體轉(zhuǎn)變的變體選擇，導致單ー馬氏體變體在奧氏體晶粒內(nèi)形成。馬氏體組織重新加熱到20(T350°C回火，消除馬氏體轉(zhuǎn)變應力，得到回火馬氏體，可以在不降低強度的同時改善塑性和韌性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
I、制備エ藝簡單，容易在軋制板材生產(chǎn)線上實現(xiàn)，生產(chǎn)效率高、成本低。2、可以得到壓扁的變形奧氏體晶粒，并具有較高密度位錯和高強度，有利于淬火形成單ー變體的納米結構板條馬氏體和穩(wěn)定性較高的殘余奧氏體組織。3、能夠有效阻止碳化物析出，保證得到馬氏體板條和殘余奧氏體薄膜交替排布組織，提高韌性，降低氫脆敏感性，將低溫回火脆性溫度推至更高溫區(qū)，擴大低溫回火エ藝窗ロ，有利于通過回火調(diào)整強度與塑性及韌性之間的平衡，滿足不同服役條件下對零件的性能要求。4、可減少不穩(wěn)定的殘余奧氏體并使馬氏體回火，去除馬氏體轉(zhuǎn)變造成的殘余應力，在保證具有高強度的同時還具有較高的塑性和韌性?？估瓘姸冗_到185(T2050 MPa，延伸率達到I O" 15% O
具體實施例方式實施例I 用真空感應爐在真空度O. I Pa和溫度1520°C下熔煉中碳合金鋼，熔煉O. 5 h，澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫，鑄錠化學成分按重量百分比為C O. 28, Si I. 5,Mn I. 7, Cr I. 3,Ni 1.1，W O. 8, P 0.012，S O. 010，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將上述鑄錠加熱到1220°C，保溫5 h出爐，在1180°C開始粗軋，終軋溫度為890°C，六道次軋制，總壓下量85% ;軋后立即噴水冷卻到400°C，迅速進行30%壓下量的單道次軋制，再迅速噴水冷卻到室溫，得到板材；將該板材加熱到200°C保溫2 h回火后出爐空冷到室溫，制備出納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材，微觀組織由交替分布的平均厚度為80 nm的板條狀回火馬氏體和薄膜殘余奧氏體組成，其抗拉強度達到1850 MPa，延伸率達到15%。實施例2
用真空感應爐在真空度O. 3 Pa和溫度1540°C下熔煉中碳合金鋼，熔煉O. 7 h后澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫，鑄錠化學成分按重量百分比為C O. 30，Si I. 6，Mn I. 6，Cr I. 2,Ni 1.0，W O. 7, P 0.015，S O. 014，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將上述鑄錠加熱到1220°C，保溫
4h出爐，在1190°C開始粗軋，終軋溫度為880°C，六道次軋制，總壓下量85% ;軋后立即噴水冷卻到500°C，迅速進行40%壓下量的單道次軋制，再迅速噴水冷卻到室溫，得到板材；將該板材加熱到300°C保溫，3. 5 h回火后出爐空冷到室溫，制備出納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材，微觀組織由交替分布的平均厚度為70 nm的板條狀回火馬氏體和薄膜殘余奧氏體組成，其抗拉強度達到1920 MPa，延伸率達到12%。實施例3
用真空感應爐在真空度O. 6 Pa和溫度1560°C下熔煉中碳合金鋼，熔煉I. O h后澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫，鑄錠化學成分按重量百分比為C O. 32，Si I. 7,Mn I. 5, Cr 1.0，Ni 0.9，W O. 6, P 0.013，S O. 012，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將上述鑄錠加熱到1220°C，保溫3 h出爐，在1200°C開始粗軋，終軋溫度為870°C，六道次軋制，總壓下量85% ;軋后立即噴水冷卻到600で，迅速進行50%壓下量的單道次軋制，再迅速噴水冷卻到室溫，得到板材；將該板材加熱到350°C，保溫5 h回火后出爐空冷到室溫，制備出納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材，微觀組織由交替分布的平均厚度為50 nm的板條狀回火馬氏體和薄膜殘余奧氏體組成，其抗拉強度達到2050 MPa，延伸率達到10%。
權利要求
1.一種納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材的制備方法，其特征在于 (1)其化學成分按重量百分比為CO. 28 O. 32、Si 1.5 1·8、Μη 1.5 1.7、Cr I. (Tl. 3、Ni O. 9 I. I、W O. 6 0.8、P〈0. 02、S〈0. 02，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； (2)用真空感應爐對中碳合金鋼進行熔煉，真空度O.Γ0.6 Pa、溫度152(Tl560°C、熔煉時間O. 5^1. O h，將熔煉的鋼水澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫； (3)將上述鑄錠加熱至1220°C保溫3 5h出爐，在118(Tl20(TC開始粗軋，終軋溫度為87(T890°C，六道次軋制，總壓下量為85%;軋后噴水快速冷卻到40(T600°C，立即進行.3(Γ50%壓下量的單道次軋制，然后迅速噴水冷卻到室溫，得到板材； (4)將上述板材加熱到20(T350°C保溫2 5h回火后出爐空冷到室溫。
全文摘要
一種納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材的制備方法，它的化學成分按重量百分比為C0.28~0.32，Si1.5~1.8，Mn1.5~1.7，Cr1.0~1.3，Ni0.9~1.1，W0.6~0.8，P<0.02，S<0.02，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；用真空感應爐熔煉上述成分的合金鋼，澆鑄成鋼錠后緩冷至室溫；加熱并保溫，出爐后熱軋，熱軋后噴水冷卻到過冷奧氏體溫區(qū)迅速進行單道次軋制，軋后迅速噴水冷卻到室溫；然后回火處理，得到納米結構板條馬氏體超高強度鋼板材。本發(fā)明制備工藝簡單，容易在軋制板材生產(chǎn)線上實現(xiàn)，生產(chǎn)效率高、成本低，板材的抗拉強度達到1850~2050MPa，延伸率為10~15%。
文檔編號C22C38/58GK102703665SQ20121016439
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權日2012年5月25日
發(fā)明者張淼, 張福成, 王天生 申請人:燕山大學