一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高強度不銹鋼制備【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種高強度高塑性不銹鋼及其制備方法和應(yīng)用。該制備方法包括以下具體步驟：把奧氏體不銹鋼試樣放入預(yù)加熱的ECAP模具內(nèi)，保溫，多次擠壓后，取出試樣放入熱處理爐內(nèi)，進行退火處理，空冷至室溫，得到高強度高塑性不銹鋼。本發(fā)明利用ECAP工藝制備得到單一納米晶結(jié)構(gòu)不銹鋼，再對其進行退火處理，通過工藝參數(shù)的控制，實現(xiàn)單一納米晶結(jié)構(gòu)到雙尺度結(jié)構(gòu)的變化，利用超細晶部分提高強度、粗晶部分恢復(fù)塑性，從而獲得高強度、高塑性的綜合性能優(yōu)異的新型不銹鋼，在保持奧氏體不銹鋼延伸性好的性能前提下，具有高達393HV的硬度和750MPa的屈服強度，可廣泛應(yīng)用于要求更高的工程領(lǐng)域中。
【專利說明】一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高強度不銹鋼制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高強度高塑性不銹鋼及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]自1913年英國的Brearly首次提出“不銹鋼”的概念以來，從最開始的鐵素體不銹鋼到奧氏體不銹鋼，再到現(xiàn)在的各種超低碳高性能不銹鋼，不銹鋼的煉制工藝和使用范圍都得到了極大的發(fā)展，生產(chǎn)的鋼種已經(jīng)達到上百種。不銹鋼材料以其優(yōu)異的耐腐蝕性能和一定的力學(xué)性能成為工業(yè)和軍事發(fā)展不可或缺的重要工程材料，應(yīng)用范圍遍及石油、化工、紡織、核能和航空等各個領(lǐng)域。2005年我國不銹鋼消費量為522萬噸，比2004年增長16.7%,已經(jīng)連續(xù)5年保持世界第一。隨著現(xiàn)代化工、家電、醫(yī)療器械以及現(xiàn)代海洋等事業(yè)的進一步發(fā)展，對不銹鋼的性能也提出了更高的使用要求。
[0003]通常奧氏體不銹鋼存在強度和硬度較低的不足，使得由奧氏體不銹鋼制成的產(chǎn)品易發(fā)生屈服變形引起失效或者磨損，從而降低產(chǎn)品的使用壽命，因此需開發(fā)一些特殊工藝來提高奧氏體不銹鋼的強度和硬度，從而達到改善材料性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
[0004]大量的研究表明，超細晶/納米晶化可以大幅提高不銹鋼的強度和硬度，但以犧牲塑性為代價。等徑角擠壓法(Equal Channel Angular Processing, ECAP)是一種有效的獲取納米晶或超細晶材料的方法，它是20世紀80年代前蘇聯(lián)科學(xué)家Segal在研究鋼的變形織構(gòu)和顯微組織結(jié)構(gòu)時 ，為獲得純剪切應(yīng)變而開發(fā)的一種大塑性變形方法，目的是不改變材料的三維尺寸，進行多次擠壓而獲得特殊的變形織構(gòu)。90年代后，R.Z.Valiev利用該技術(shù)使材料產(chǎn)生大應(yīng)變來細化多晶材料，獲得了亞微米級或納米級的超細晶結(jié)構(gòu)材料。目前利用ECAP工藝制備塊體超細晶材料的研究大都限于強度較低、延展性較好的材料，如Al、Cu、純N1、純鐵等，擠壓過程在室溫下進行。例如J.W.Wang等在室溫下使用ECAP法把1060商用純招經(jīng)過兩道次擠壓制備出晶粒寬約I~2um長約2~3um的樣品。SeungZeon Han等采用ECAP法中的Be路徑把純銅經(jīng)過4道次擠壓獲得了晶粒直徑約為300nm的超細晶材料。K.Sitarama Raju等利用ECAP法中的Be路徑把純鎳經(jīng)過12道次擠壓獲得了平均晶粒尺寸為0.23um的樣品。M.Sus-Ryszkowska等利用ECAP法把純鐵經(jīng)過12道次擠壓,使應(yīng)變達到13.8，最終獲得平均晶粒尺寸為170nm的超細晶材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有奧氏體不銹鋼強度和硬度較低的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法。該方法先制備得到超細晶/納米晶化奧氏體不銹鋼，通過對其進行熱處理，獲得粗晶+超細晶/納米晶的雙尺度結(jié)構(gòu)，利用粗晶結(jié)構(gòu)來恢復(fù)不銹鋼的良好塑性，同時利用超細晶/納米晶結(jié)構(gòu)保持其高強度，從而達到獲取高強度、高塑性不銹鋼的目的。
[0006]本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的高強度高塑性不銹鋼。[0007]本發(fā)明再一目的在于提供上述高強度高塑性不銹鋼在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn):
[0009]一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法，包括以下具體步驟:
[0010]把奧氏體不銹鋼試樣放入預(yù)加熱的ECAP模具內(nèi)，保溫，多次擠壓后，取出試樣放入熱處理爐內(nèi)，進行退火處理，空冷至室溫，得到高強度高塑性不銹鋼。
[0011]優(yōu)選地，所述退火處理的工藝為在700~800°C下處理20~45min，更優(yōu)選為在750°C下處理30min。本發(fā)明控制該退火處理工藝可將單一納米晶結(jié)構(gòu)不銹鋼變成雙尺度結(jié)構(gòu)不銹鋼，利用超細晶部分提高不銹鋼強度，利用粗晶部分恢復(fù)不銹鋼塑性，從而最終獲得高強度、高塑性的綜合性能優(yōu)異的新型不銹鋼，且該新型不銹鋼實現(xiàn)高強的、高塑性良好匹配。且根據(jù)實驗研究結(jié)果，在本發(fā)明條件工藝范圍內(nèi)才能獲得上述目標雙尺度結(jié)構(gòu)，得到新型不銹鋼。
[0012]所述多次擠壓指擠壓6~8道次，優(yōu)選為8道次。
[0013]所述擠壓的速度為100~200mm/min，擠壓路徑為Be。
[0014]優(yōu)選地，所述預(yù)加熱的ECAP模具溫度為450°C~500°C。
[0015]優(yōu)選地，所述 保溫的時間為20~30min。
[0016]本發(fā)明制備方法得到的高強度高塑性不銹鋼，在保持41%延伸率的前提下，獲得了高達361HV的硬度，甚至可高達393HV，克服了原奧氏體不銹鋼強度和硬度較低的不足，可應(yīng)用于對材料力學(xué)性能要求更高的工程領(lǐng)域。
[0017]本發(fā)明的機理為:
[0018]本發(fā)明利用ECAP工藝制備得到單一納米晶結(jié)構(gòu)不銹鋼，再對其進行退火處理，通過工藝參數(shù)的控制，實現(xiàn)單一納米晶結(jié)構(gòu)到雙尺度結(jié)構(gòu)的變化，用超細晶部分提高不銹鋼強度，利用粗晶部分恢復(fù)不銹鋼塑性，從而最終獲得高強度、高塑性的綜合性能優(yōu)異的新型不銹鋼。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020](I)本發(fā)明制備得到高強度高塑性新型不銹鋼具有高達393HV的硬度和750MPa的屈服強度，可廣泛應(yīng)用于要求更高的工程領(lǐng)域中，在保持奧氏體不銹鋼延伸性好的原有性能前提下，克服了其由于現(xiàn)有強度和硬度較低的不足，使得由奧氏體不銹鋼制成的產(chǎn)品易發(fā)生屈服變形引起失效或者磨損，從而降低產(chǎn)品的使用壽命的不足和缺陷。
[0021](2)本發(fā)明工藝步驟簡便易行，成本低廉，具有較高的市場應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是實施例1~3熱處理前后不銹鋼的顯微硬度變化情況。
[0023]圖2是實施例1~3熱處理前后不銹鋼的屈服強度、延伸率變化情況。
[0024]圖3是退火處理前原始納米晶不銹鋼的TEM圖，其中(a)是明場像，(b)是暗場像。
[0025]圖4是實施例1~3新型不銹鋼的EBSD圖。
[0026]圖5是實施例1~3新型不銹鋼的晶粒尺寸分布直方圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0028]實施例1:高強度、高塑性新型不銹鋼的制備
[0029]原始材料:304奧氏體不銹鋼
[0030]尺寸:Φ10 X 45mm2
[0031]成分:如表1
[0032]表1原材料304不銹鋼的化學(xué)成分
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于包括以下具體步驟:把奧氏體不銹鋼試樣放入預(yù)加熱的ECAP模具內(nèi)，保溫，多次擠壓后，取出試樣放入熱處理爐內(nèi)，進行退火處理，空冷至室溫，得到高強度高塑性不銹鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述退火處理的工藝為在700~800°C下處理20~45min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述退火處理的工藝為在750°C下處理30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述多次擠壓指擠壓6~8道次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述擠壓的速度為100~200mm/min，擠壓路徑為Be。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述預(yù)加熱的ECAP模具溫度為450°C~500°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述保溫的時間為20~30min。
8.一種高強度高塑性不 銹鋼，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高強度高塑性不銹鋼在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【文檔編號】C21D6/00GK104017967SQ201410231434
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】鄭志軍, 高巖, 曾小軍 申請人:華南理工大學(xué)