[發明專利]一種高強度、高塑性的高錳鋼材料及其加工方法

有效

• 申請號: 201510492300.0
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN105200309B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王玉輝;黃曉旭;王天生;彭艷
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/58;C21D8/02
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙)13123
• 代理人: 墨偉

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料及其加工制備領域，涉及一種高錳鋼，尤其是一種高強度、高塑性的高錳鋼材料及其加工方法。

背景技術

眾說周知，細化晶粒是提高鋼鐵材料的強度、降低韌脆轉變溫度、提高韌性的重要途徑。低溫錳鋼研究探索方面的一個重要戰略就是細化晶粒以實現在成分不變的前提下優化組織和性能。初期的研究發現，晶粒納米化，可以實現材料強度的提高，但是塑性卻大幅下降。這說明單純的細化晶粒是行不通的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種提高高錳鋼強度和塑性的方法及高錳鋼材料，該方法借助退火理工藝獲得粗晶（晶粒尺寸大于約5微米）和超細晶（尺寸小于1微米）的混合組織，使得晶界強化效果急劇增強，其增強效果比粗晶組織的效果提高了10倍；在強化效果急劇增強的同時，材料的塑性不但沒有降低反而有所提高。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案1是：

一種高強度、高塑性的高錳鋼材料，所述高錳鋼中錳的重量百分比為30~36%，所述高錳鋼中晶粒尺寸小于1微米的超細晶占晶?？傮w積的百分比為20~30%。

本發明還提供了一種上述高錳鋼材料的加工方法，其包括以下工藝步驟：

A、高錳鋼熔煉：所述高錳鋼中Mn的重量百分比為 30%~36%，按照設計要求計算投料比例，將高錳鋼熔煉成鋼錠；

B、鋼錠的后處理：將步驟A中的鋼錠保持在1150℃~1200℃條件下熱處理2~4小時、然后轉移到室溫、在水淬池中均質完成固溶處理；

C、開坯軋制成板：首先將鋼錠坯料加熱至在900℃~1000℃、然后熱軋成10~20mm厚毛板，再在1000℃~1100℃下保持1~2小時，后轉移到室溫、水淬池中均質；

D、冷軋、退火成型：熱鍛后的毛板在室溫下經10~20道次冷軋到1.0mm-2.0mm厚的鋼板，軋制變形量為90%-95%，所述鋼板在600℃-900℃保持5分鐘-1小時，后轉移到室溫、水淬池中完成淬火處理。

優選的，所述高錳鋼的組分配比為：Mn 30%~36%、C 0.02%~0.06%、S≤0.01%、P≤0.008%、其余為Fe，以上均為重量百分比。

優選的，高錳鋼的組分配比還可以是：Mn 29%~36%、C 0.1%~0.2%、S≤0.008%、P≤0.008%、Si≤0.01%、Cr 6%~8%、Ni 0.2%~0.3%，其余為Fe，以上均為重量百分配比。

上述技術方案中，高錳鋼材料經過大變形量的冷軋、退火處理后，獲得了超細晶（晶粒尺寸小于1微米）與粗晶的混合組織，且超細晶占總晶粒體積的20%以上，尤其是在20~30%的范圍時，高錳鋼性能出現了兩種非常有利的異常現象，一是晶界強化效果急劇增強，其增強效果比粗晶的效果提高了10倍；二是在強化效果急劇增強的同時，材料的塑性不但沒有降低反而有所提高。這些異常現象不能用已建立起來的混晶組織強韌化學說來簡單解釋；表明控制這類高錳鋼的微觀組織，可誘導新的強韌化機制，這是一個基礎科學問題，需要進一步的深入研究；這些新發現也為調控材料微觀組織、充分發揮材料的潛能提供了希望。

采用上述技術方案產生的有益效果在于：（1）本發明通過多道次冷軋和較大的變形量、以及合理的退火溫度和退火時間的控制，得到了粗晶（晶粒尺寸大于約5微米）和超細晶（尺寸小于1微米）的混合組織，其中超細晶占晶粒總體積的20~30%時，該微觀結構的高錳鋼在室溫下的拉伸強度和塑性得到明顯提高；（2）本發明在調控材料微觀組織、充分發揮材料潛能方向提供了新的思路；（3）本發明熱處理工藝簡單，適用于規?；a，節能環保，加工技術簡易，容易實現。

附圖說明

圖1a~g分別是實施例1~5和對比例1~2制備的高錳鋼EBSD圖；

圖2a是實施例1中高錳鋼晶粒尺寸分布圖；圖2b和c分別是實施例5中高錳鋼微觀組織取向差分布和晶粒尺寸分布圖；圖2d和e分別是對比例2中制備的高錳鋼微觀組織取向差分布和晶粒尺寸分布圖；

圖3是實施例1中未經退火處理的高錳鋼拉伸曲線；

圖4a是實施例1和實施例2的拉伸曲線，其中1代表實施例1，2代表實施例2，

圖4b是實施例4和實施例5的拉伸曲線，其中1代表實施例4，2代表實施例5，

圖4c是對比例1和對比例2的拉伸曲線，其中1代表對比例1，2代表對比例2；

圖5是不同晶粒尺寸的霍爾-佩奇關系圖；

圖6a~b是實施例11~12制備的高錳鋼EBSD圖；