[發明專利]一種具有超高強度超高韌性鋼板及其制備方法

無效

• 申請號: 201110409529.5
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102392179A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 申勇峰;邱從懷;薛文穎;王沿東;左良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種具有超高強度超高韌性鋼板及其制備方法。

背景技術

鋼是所有金屬中用途最廣泛的一種材料，在航空、核能、艦船、石化等工業領域廣泛應用，近年來向交通運輸（汽車、火車）、廚房用具、家用電器、建筑裝飾等民用領域發展。因此，鋼材的性能與人們的生活安全密切相關。目前，汽車工業用鋼的開發主要致力于提高鋼的強度并保持其成形性。汽車輕量、安全、低能耗的發展趨勢對鋼鐵產品在品種、規格、質量上提出更高的要求。研發質量輕、耐沖擊的運輸工具體系的新設計理念要求開發強度高、塑性好及能量吸收能力優良、比質量輕的材料。提高強度可以減輕汽車的重量（滿足節能環保需求），而塑性提高則可滿足復雜車型設計及提高駕乘安全性能的需求。

近幾年來，國內汽車行業發展迅速，帶來對汽車用鋼需求量的上升，另外，目前世界船舶建造訂單噸位總和為3億5630萬噸，中國造船廠占世界水上運輸設備建造總量的69.4%，韓國僅占23%。雖然我國已經從數量上逾越韓國和日本成為世界第一造船大國，但并不是第一造船強國，這主要是因為受到高性能鋼鐵材料的制約。例如，在我國從俄羅斯將“瓦格良”號航空母艦買入進行修復時，就發現我國的軍用鋼性能較差，與該艦鋼板連接處的強度根本無法達到該航母所需的要求；依照當時用鋼的質量，即使能夠修復“瓦良格”號也會對其整體結構的強度和防護性能造成很大的破壞。而當時我國尚不具備建造航空母艦用鋼的能力，因此希望從俄羅斯引進這種特殊鋼的生產技術，航空母艦用鋼與民用大型船舶用鋼相比所具有的特殊性主要包括：抗海水腐蝕、防磁性、耐高溫性以及有很高的強度、韌度和良好的焊接性能等等，目前我國生產的汽車用鋼仍不能完全滿足汽車工業發展的需求。

高錳鋼的研究與使用歷史悠久，具有良好的加工硬化性能，因而高錳鋼廣泛用于制造抗沖擊磨損的工件。近年來，高錳鋼在理論研究和實際應用方面日益得到重視。高錳鋼在變形過程中因穩定奧氏體相中形成應變誘導孿晶而提高塑性。但在實踐中發現，只有在沖擊大、應力高、磨料硬的情況下,?高錳鋼的高耐磨性才得到體現。而且，由于高錳鋼的屈服強度低，初次使用時易于變形，并且造成較大的磨損；另外，寒冷地區經常發生高錳鋼部件脆性斷裂現象；因此，如何通過適當的成分及加工工藝設計，通過孿生或相變以提高高錳鋼的屈服強度，同時提高其塑性變形能力，降低初次使用時的變形量而進一步提高高錳鋼耐沖擊性、耐磨性而使其成為新一代車體材料，成為材料研究工作者的新課題，也成為當前世界范圍內的金屬材料的研究熱點之一。

在工程應用上，為了強化材料采用固溶強化法，這是一種利用大量融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力，使滑移難以進行，從而使合金固溶體的強度與硬度增加。在溶質原子濃度適當時，可提高材料的強度和硬度，而其韌性和塑性卻有所下降。這就涉及到另兩種強化機制，馬氏體相變強化及孿生強化。馬氏體是一種能使鋼變硬、增強的組織，馬氏體強化已經普遍應用于鋼鐵。由于馬氏體相變時原子規則地發生位移，使材料在相變時塑性增長，利用此特點已開發了相變誘發塑性鋼（TRIP），可以在提高鋼強度的同時使其保持一定的塑性變形能力；同時，在工程應用中為了強化材料采用細化晶粒法，這是一種利用大量晶界限制或釘軋位錯運動來提高材料的強度，可由著名的Hall-Petch關系來描述。人們已經從各種金屬及合金中觀察到高強度，大多數金屬材料的屈服強度和硬度值隨晶粒尺寸的減小表現出增加的趨勢，很好地遵從?Hall-Petch?關系。孿生誘導塑性鋼（TWIP）正是利用金屬在變形過程中因為切變而導致孿晶界面增加的特點，使材料中塑性變形的同時因為孿晶界對位錯的阻礙作用而使其強度增加，與通過晶粒細化導致材料強化具有相同的效果，從而使材料同時具有高強度及高韌性。