[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度高塑性不銹鋼的制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410231434.2
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104017967A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭志軍;高巖;曾小軍
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00;C21D6/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高強(qiáng)度不銹鋼制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度高塑性不銹鋼及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

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(dá)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(gè)領(lǐng)域。2005年我國不銹鋼消費(fèi)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(jìn)一步發(fā)展，對不銹鋼的性能也提出了更高的使用要求。

通常奧氏體不銹鋼存在強(qiáng)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(qiáng)度和硬度，從而達(dá)到改善材料性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

大量的研究表明，超細(xì)晶/納米晶化可以大幅提高不銹鋼的強(qiáng)度和硬度，但以犧牲塑性為代價(jià)。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(xì)晶材料的方法，它是20世紀(jì)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(shí)，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(jìn)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(xì)化多晶材料，獲得了亞微米級或納米級的超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料。目前利用ECAP工藝制備塊體超細(xì)晶材料的研究大都限于強(qiáng)度較低、延展性較好的材料，如Al、Cu、純Ni、純鐵等，擠壓過程在室溫下進(jìn)行。例如J.W.Wang等在室溫下使用ECAP法把1060商用純鋁經(jīng)過兩道次擠壓制備出晶粒寬約1～2um長約2～3um的樣品。SeungZeon?Han等采用ECAP法中的Bc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(xì)晶材料。K.Sitarama?Raju等利用ECAP法中的Bc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(dá)到13.8，最終獲得平均晶粒尺寸為170nm的超細(xì)晶材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有奧氏體不銹鋼強(qiáng)度和硬度較低的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高強(qiáng)度高塑性不銹鋼的制備方法。該方法先制備得到超細(xì)晶/納米晶化奧氏體不銹鋼，通過對其進(jìn)行熱處理，獲得粗晶+超細(xì)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(shí)利用超細(xì)晶/納米晶結(jié)構(gòu)保持其高強(qiáng)度，從而達(dá)到獲取高強(qiáng)度、高塑性不銹鋼的目的。

本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的高強(qiáng)度高塑性不銹鋼。

本發(fā)明再一目的在于提供上述高強(qiáng)度高塑性不銹鋼在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：

一種高強(qiáng)度高塑性不銹鋼的制備方法，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(jìn)行退火處理，空冷至室溫，得到高強(qiáng)度高塑性不銹鋼。

優(yōu)選地，所述退火處理的工藝為在700～800℃下處理20～45min，更優(yōu)選為在750℃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(xì)晶部分提高不銹鋼強(qiáng)度，利用粗晶部分恢復(fù)不銹鋼塑性，從而最終獲得高強(qiáng)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(shí)現(xiàn)高強(qiáng)的、高塑性良好匹配。且根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(biāo)雙尺度結(jié)構(gòu)，得到新型不銹鋼。

所述多次擠壓指擠壓6～8道次，優(yōu)選為8道次。

所述擠壓的速度為100～200mm/min，擠壓路徑為Bc。

優(yōu)選地，所述預(yù)加熱的ECAP模具溫度為450℃～500℃。

優(yōu)選地，所述保溫的時(shí)間為20～30min。

本發(fā)明制備方法得到的高強(qiáng)度高塑性不銹鋼，在保持41％延伸率的前提下，獲得了高達(dá)361HV的硬度，甚至可高達(dá)393HV，克服了原奧氏體不銹鋼強(qiáng)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。

本發(fā)明的機(jī)理為：