[發(fā)明專利]一種氮強(qiáng)化高碳孿晶誘導(dǎo)塑性鋼鐵材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810239894.4
• 申請(qǐng)日: 2008-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101429621A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米振莉;唐荻;江海濤;代永娟;呂建崇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/06
• 分類號(hào): C22C38/06;B21B37/74;C21D9/52
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬鋼鐵材料制備領(lǐng)域，涉及一種氮強(qiáng)化高碳孿晶誘導(dǎo)塑性鋼鐵材料及其制備 方法

背景技術(shù)

孿晶誘導(dǎo)塑性鋼是以Fe、Mn為主的純奧氏體碳鋼，退火后的室溫組織為奧氏體， 并伴有少量的片狀退火孿晶和層錯(cuò)，經(jīng)拉伸后晶粒內(nèi)部產(chǎn)生大量的機(jī)械孿晶，通過(guò)孿晶 界阻礙位錯(cuò)的移動(dòng)從而誘導(dǎo)塑性，使得基體具有很高的延伸性的同時(shí)具有高的塑性。

近幾年孿晶誘導(dǎo)塑性鋼優(yōu)越的高強(qiáng)度(600-1200MPa)、高塑性(最大延伸率可達(dá)95％)、 高韌性(-196℃鋼具有65％的總應(yīng)變)的研究，使一種新的大范圍提高鋼材性能的手段 成為可能。使孿生變形對(duì)鋼的性能的貢獻(xiàn)引起了材料研究者的重新認(rèn)識(shí)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的 TWIP鋼成分為Fe-25Mn-3Al-3Si-0.03C(文獻(xiàn)1：Georg?Frommeyer，Udo?Brux，Peter Neumann.Supra-ductile?and?high-strength?manganese-TRIP/TWIP?steels?for?high energy?absorption?purposes，ISIJ?International，V?43(2003)3：438-446.)其中Al 含量較高，因?yàn)锳l在澆鑄時(shí)易氧化，會(huì)堵澆鑄的水口，而高含量的Si會(huì)影響冷軋板的鍍 鋅質(zhì)量，這些問(wèn)題會(huì)為T(mén)WIP鋼的工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)難題，因此有必要開(kāi)發(fā)新一代的低Si低 Al的TWIP鋼。

氮元素是普遍存在的便宜元素，固溶于基體中的N原子增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦力。 雖然N原子半徑小于C原子，但由于N原子擁有更多的核外電子，F(xiàn)e原子的4s或3d 軌道電子與C/N原子的s-p軌道電子發(fā)生軌道雜化。N原子更高的自由電子密度提高了 原子交互作用的金屬鍵特性，而C原子則增加共價(jià)鍵特性。因此，N原子所造成的晶格 畸變大于C原子，固溶強(qiáng)化作用比C原子更大。此外，在Fe-Mn合金中加入合適范圍的 N含量可以顯著提高層錯(cuò)能、固溶強(qiáng)化和抗腐蝕性能。

本發(fā)明制備的高強(qiáng)度、高塑性的鋼鐵材料具有非常優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。可用于 鐵路鋼軌、制造轎車、工程機(jī)械、輸油氣管線和液化天然氣運(yùn)輸船以及軍工等行業(yè)，具 有重要的價(jià)值和極大的應(yīng)用空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氮強(qiáng)化高碳孿晶誘導(dǎo)塑性具有高強(qiáng)度高塑性的奧氏體鋼 鐵材料及制備方法。

一種氮強(qiáng)化高碳孿晶誘導(dǎo)塑性鋼鐵材料其成份范圍為：C％：0.2-1.0％，Mn％：15-35％， 氮含量控制在0.04-0.2wt％，Al％：＜1wt％，Si％＜1wt％，S％＜0.008％，P％＜0.02％，余量是Fe 及不可避免的雜質(zhì)；層錯(cuò)能控制在20-60mJ·mm2。

其中氮含量的優(yōu)選范圍為0.06-0.2wt％。

氮強(qiáng)化的孿晶誘導(dǎo)塑性鋼鐵材料的制備方法：

1).采用電磁感應(yīng)爐真空熔煉，充氬氣保護(hù)，澆鑄成板坯；

2).利用軋制技術(shù)，經(jīng)熱軋、冷軋，其中熱軋的加熱溫度1100-1200℃，保溫30分 鐘-3小時(shí)后，在350二輥熱軋機(jī)上熱軋，得到厚度為2.5～3.5mm的熱軋薄板，總變形 量為80～90％，熱軋的開(kāi)軋溫度為1100，終軋溫度為750℃，優(yōu)選終軋溫度控制在850℃ 以上；終軋之后空冷至卷取溫度，卷取溫度控制在400-750℃，優(yōu)選卷取溫度是 500-600℃，冷軋鋼板經(jīng)酸洗后在430四輥冷軋機(jī)上冷軋，冷軋板厚度0.8-1.5mm，冷軋 壓下率控制在30-80％，優(yōu)選冷軋壓下率是50-70％；

3).熱處理工藝：將0.8-1.5mm厚的冷軋鋼板在加熱爐中在設(shè)定溫度600-850℃保溫 5-60分鐘后，以5℃/min-100℃/s的速度冷卻至室溫，優(yōu)選熱處理工藝是650-750℃保 溫5-20分鐘，冷卻速度是10-50℃/s。

氮元素強(qiáng)化的高碳高錳含量的高強(qiáng)度高塑性孿晶誘導(dǎo)塑性鋼鐵材料，其微觀結(jié)構(gòu)經(jīng) 過(guò)熱軋或熱處理后變形前是奧氏體基體中存在有退火孿晶和層錯(cuò)，其晶粒尺寸為 2-20μm，退火孿晶生長(zhǎng)并貫穿于晶粒內(nèi)部；經(jīng)變形后，在外力作用下形成形變孿晶，取 向相同的孿晶片層之間相互平行。正是由于變形過(guò)程中形變孿晶的形成最后階段的剪切 帶變形從而誘導(dǎo)塑性使材料在具有高強(qiáng)度的同時(shí)具有高塑性。