[發明專利]同時獲得逆轉奧氏體和納米析出的低合金鋼的制備方法

有效

• 申請號: 201210500212.7
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102925809A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 尚成嘉;周文浩;謝振家;郭暉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/16
• 分類號: C22C38/16;C21D8/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 于永進

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技術領域

本發明屬于金屬材料領域，是一種具有高強度、高塑性、高韌性建筑用鋼所采用的合金設計和熱處理工藝。

背景介紹

低合金鋼廣泛應用于建筑設施、石油輸送管線等領域。在國內，第1代低合金鋼(屈服強度300-500MPa級的鐵素體/珠光體組織碳錳鋼、硅錳鋼等)和第2代低合金鋼(屈服強度500-900MPa級的貝氏體鋼、馬氏體鋼等)是目前生產和應用的主要材料。然而，不斷增長的建筑設施的發展需要具有更高塑性和韌性的高強度材料，低強度的第1代低合金鋼和低韌性和塑性的第2代低合金鋼已不能滿足要求。因此，需要發展具有高強度、高塑性和高韌性的第3代低合金鋼。(董瀚,?王毛球,?翁宇慶.?高性能鋼的M3組織調控理論與技術.?鋼鐵,?2010,?45:?1-7)

單一組織的鋼一般容易獲得高的屈服強度和抗拉強度，但屈強比較高，韌性和塑性不好。如果組織中存在兩種或多種不同的相，則在變形過程中軟相先屈服，硬相可以提高抗拉強度，從而使鋼具有優良的強韌匹配。(康健,?周曉光,?王國棟.?高強度低屈強比建筑用鋼板的研究開發.?軋鋼,?2009,?26:?31-35)一般來說，鋼的強度的升高會帶來韌性和塑性的降低。殘余奧氏體在變形過程中的相變誘導塑性可以同時提高鋼的強度和塑性(張迎暉,?趙鴻金,?康永林.?相變誘導塑性TRIP鋼的研究進展.?熱加工工藝,?2006,?35,?61-65)。因此，殘余奧氏體的獲得是發展關鍵。在鋼中添加微合金元素，通過合金元素在回火階段的析出來提高強度是鋼中常用的強化方式。Nb在500℃以上不同溫度的回火析出能不同程度地提高屈服強度，Cu在450-700℃之間的回火過程中以fcc-Cu的形式的析出也能起到析出強化的作用。同時，Cu和Nb的復合析出也具有明顯的析出強化效果。

發展第3代高強度、高韌性和高塑性鋼，將殘余奧氏體的TRIP效應和合金元素的析出強化相結合起來是一種可行的辦法。然而殘奧和析出物一般在不同的溫度階段形成：殘奧通過在中溫或低溫階段的等溫過程中獲得，而析出物則一般在500℃以上的回火過程中獲得。因此，設計一種新的熱處理工藝將殘奧的形成和析出物的獲得調控在同一個溫度窗口對發展高強高韌高塑鋼是十分必要的。

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發明內容

本發明旨在提出一種在同時獲得殘余奧氏體和納米尺度析出物的低合金鋼的成分設計及熱處理工藝，通過該熱處理工藝得到具有高強度、高塑性和高韌性的低合金鋼。鋼材經冶煉并熱軋軋制成板材，然后將鋼板重新加熱到Ac1-Ac3雙相區溫度等溫10-60min后空冷或淬火，再加熱到Ac1'-Ac3雙相區回火10-60min后空冷或淬火,獲得由鐵素體、回火貝氏體/馬氏體、新貝氏體/馬氏體及殘余奧氏體的多相組織，同時得到大量納米尺度的析出物，使得鋼板具有高強高塑高韌的特征。

本發明的技術方案是：提出一種同時獲得殘余奧氏體和納米尺度析出物的低合金鋼的成分設計及熱處理工藝，發展出具有高強度、高塑性和高韌性的低合金鋼：?

一種同時獲得殘余奧氏體和納米尺度析出物的低合金鋼的制備方法，合金鋼成分重量百分比為：C：0.06~0.20%，Mn：1.0~3.5%，Si：0.5?~1.5%，Al：0.5?~1.5?%，Nb：0.02?~0.10%，Cu：0.5~1.50%，Ni：0.5~1.50%，Mo：0.10~0.30%,?余量為Fe和不可避免的雜質。

??其制備步驟如下：

步驟1：根據所設計的化學成分進行冶煉并熱軋軋制成板材；

步驟2：將步驟1所述熱軋板材重新加熱至兩相區某一溫度Ac1+50-100℃，并保溫10-60min的時間后淬火或空冷，獲得鐵素體、回火貝氏體/馬氏體組織、以及部分合金元素富集的逆轉組織；

步驟3：將步驟2所述鋼板再加熱至鋼板的Ac1'溫度到Ac3溫度區間內的某一溫度，保溫15-60分鐘的時間，使合金元素再次富集,?形成殘余奧氏體及納米析出物，最后空冷至室溫獲得由鐵素體、回火貝氏體/馬氏體、二次貝氏體/馬氏體以及殘余奧氏體組成的復相組織。