專利名稱：亞共析鋼獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織的工藝方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明涉及一類工程用鋼的組織控制工藝技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)：

　　由于超細(xì)晶或納米晶材料加工硬化能力低而使其室溫均勻延伸率和總延伸率遠(yuǎn)低于其粗晶材料。王勝剛等人(五金科技，2003，(12)36)用深度扎制+400℃退火制備的納米工業(yè)純鐵板的延伸率只有6％。Y.T.Zhu(J.Mater.Res.，2003，181908)在納米結(jié)構(gòu)Ti和H.Jin(Scripta Materialia，2004，501319)在超細(xì)晶Al-Mg合金的研究報道了它們在冷加工時極易出現(xiàn)塑性失穩(wěn)。這極大地限制了超細(xì)或納米晶材料作為結(jié)構(gòu)材料的加工和實(shí)際應(yīng)用。因此，探索更為適合于工業(yè)生產(chǎn)的大塊超細(xì)/納米晶鋼材的方法以及提高其均勻延伸率是亟待解決的問題。近年來的研究表明，在超細(xì)晶組織中引入適量的相對粗大的晶粒，即造成雙峰晶粒尺寸分布的晶粒結(jié)構(gòu)，可以在強(qiáng)度損失很小的情況下極大提高延伸率。這種組織特征可能成為一種納米結(jié)構(gòu)金屬獲得均勻拉伸變形的方法(Y.M.Wang，E.Ma.Acta Mater，2004，521699)，而且在純Cu(Y.Wang，M.Chen，F(xiàn).Zhou，E.Ma.Nature，2002，419912)和Al合金(D.Witkins，Z.Lee，R.Rodrigues，S.Nutt，E.J.Lavernia.Scripta Materialia，2003，49297)中得到了證實(shí)。到目前為止，還沒見到在工程用鋼中獲得雙峰晶粒尺寸分布的超細(xì)晶和納米晶組織的工藝方法的報道。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為了在很小損失強(qiáng)度的條件下大大提高超細(xì)晶鋼的延展性，拓寬超細(xì)晶鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍，本發(fā)明提供了一種在亞共析鋼中獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織的工藝方法，用該工藝方法處理的亞共析鋼具有強(qiáng)度高和延展性好的特性。該工藝方法與控制溫軋技術(shù)結(jié)合，可經(jīng)濟(jì)地用于具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的超細(xì)晶鋼板材和帶材的生產(chǎn)。

　　本發(fā)明提供的在亞共析鋼中獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織的工藝方法是在溫變形和冷變形前，鋼加熱到Ac1～Ac3+20℃溫度范圍內(nèi)保溫透燒，30～80％變形后立即淬火，獲得馬氏體+鐵素體兩相的預(yù)備組織；在700～350℃溫度下單道次或多道次變形，總變形量在50％以上；或者在室溫變形50％后，在350～700℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，退火時間為0.2～18小時。經(jīng)上述處理，亞共析鋼可以獲得在直徑為0.4μm以下的超細(xì)晶基體中含有一定分?jǐn)?shù)尺寸為1～3μm相對大的晶粒組織，即獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織，從而在很小損失強(qiáng)度的條件下大大提高超細(xì)晶鋼的延展性。

　　本發(fā)明的特點(diǎn)如下1、在超細(xì)晶鋼中造成晶粒尺寸的不均勻或梯度的組織，而常規(guī)控制組織要求晶粒尺寸細(xì)小且均勻。

　　2、在Ac1～Ac3+20℃溫度范圍內(nèi)形變淬火可以得到細(xì)化的鐵素體+馬氏體雙相的預(yù)備組織，在變形后的再結(jié)晶退火過程中，由于兩相化學(xué)成分的差異，造成再結(jié)晶動力學(xué)的差異，導(dǎo)致再結(jié)晶后兩相晶粒尺寸的差異。原馬氏體中含碳量高，變形后再結(jié)晶動力學(xué)過程慢，而且還會析出碳化物阻礙再結(jié)晶進(jìn)行，最后原馬氏體形成超細(xì)晶組織而原鐵素體形成較為粗大晶粒組織，得到了雙峰晶粒尺寸分布的組織。

　　本發(fā)明可以與控制溫軋技術(shù)結(jié)合，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)具有較高延性的超細(xì)晶鋼板材和帶材。

　　具體實(shí)施例方式

　　實(shí)施例將尺寸為φ12×16mm的20CrMnTi鋼圓柱形試樣，用Gleeble-3500熱機(jī)械模擬試驗(yàn)機(jī)在770℃進(jìn)行80％壓縮變形，立即淬火，然后在液壓機(jī)上進(jìn)行40％室溫壓縮變形，再在550℃退火30min。處理后，用透射電鏡觀察微觀組織，測定并統(tǒng)計(jì)晶粒尺寸分布，得到雙峰晶粒尺寸分布的組織，其中200～50nm以下晶粒的體積分?jǐn)?shù)占50％，1～2μm晶粒的體積分?jǐn)?shù)占30％，其余尺寸范圍晶粒的體積分?jǐn)?shù)占20％。

　　用這種方法對20CrMnTi鋼進(jìn)行770℃壓縮80％變形淬火+40％室溫壓縮變形+550℃×30min再結(jié)晶處理，獲得了主要由直徑為50～200nm和1～2μm的晶粒組成的雙峰晶粒尺寸分布的組織。

　　權(quán)利要求

　　1.一種亞共析鋼獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織的工藝方法，其特征在于a.在溫變形和冷變形前，將鋼加熱到Ac1～Ac3+20℃溫度范圍內(nèi)保溫透燒，30～80％變形后立即淬火，獲得馬氏體+鐵素體兩相的預(yù)備組織；b.在700～350℃溫度下單道次或多道次變形，總變形量在50％以上。經(jīng)上述處理，亞共析鋼可以獲得在直徑為0.4μm以下的超細(xì)晶基體中含有一定分?jǐn)?shù)尺寸為1～3μm相對大的晶粒組織，即獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織；c.在室溫變形50％后，在350～700℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，退火時間為0.2～18小時。經(jīng)上述處理，亞共析鋼可以獲得在直徑為0.4μm以下的超細(xì)晶基體中含有一定分?jǐn)?shù)尺寸為1～3μm相對大的晶粒組織，即獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織。

　　全文摘要

　　本發(fā)明公開一種亞共析鋼獲得雙峰晶粒尺寸分布超細(xì)晶組織的工藝方法，該方法通過一種控制工藝方法來獲得一種超細(xì)晶組織，超細(xì)晶組織的特征在于組織中晶粒尺寸的分布具有雙峰特性，即在直徑為0.4μm以下的超細(xì)晶基體中含有一定分?jǐn)?shù)尺寸為1～3μm的相對較大的晶粒；這類工程用鋼的成分特征是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.4％的亞共析鋼。本發(fā)明可以與控制溫軋技術(shù)結(jié)合，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)具有較高延性的超細(xì)晶鋼板材和帶材。

　　文檔編號C21D1/78GK1632138SQ20041010424

　　公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月18日

　　發(fā)明者王天生 申請人:燕山大學(xué)