[發(fā)明專利]一種納米級球形滲碳體強化的鐵素體鋼板及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610021946.5
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105624567B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申勇峰;王鵬杰;馮曉偉;楊世全
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué);中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: C22C38/18
• 分類號: C22C38/18;C22C38/12;C22C38/04;C22C38/08;C22C38/06;C21D8/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米球形滲碳體強化的鐵素體鋼板及其制備方法。

背景技術(shù)

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(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，鋼材的性能與人們的生活安全密切相關(guān)。目前，工業(yè)用鋼的開發(fā)主要致力于提高鋼的強度并保持其成形性。研發(fā)質(zhì)量輕、耐沖擊的運輸工具體系的新設(shè)計理念要求開發(fā)強度高及能量吸收能力優(yōu)良、比質(zhì)量輕的材料。提高強度可以減輕重量(滿足節(jié)能環(huán)保需求)，而提高塑性則可滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的形狀設(shè)計及提高安全性能的需求。但由于我國鋼鐵企業(yè)對一些高附加值鋼材產(chǎn)品生產(chǎn)能力不足，長期依賴進口。自上世紀90年代開始，中國造船業(yè)大規(guī)模進入國際市場并已逐步成為我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，船舶工業(yè)持續(xù)呈現(xiàn)強勁的增長勢頭，占世界造船市場份額不斷擴大。為了推動中國造船的持續(xù)發(fā)展，國家發(fā)改委曾提出在2015年打造第一造船國，船舶產(chǎn)量大于2400萬載重噸，占世界市場份額的35％左右。隨著我國造船事業(yè)的蓬勃發(fā)展，船用鋼板的需求持續(xù)增加，而船舶的大型化和輕型化，一般強度船板己不能滿足船體的需求，高強度船體結(jié)構(gòu)鋼板的比例正在不斷提高。研究結(jié)構(gòu)鋼微合金化、超細晶化對鋼性能的影響，通過試驗分析研究高強度船體結(jié)構(gòu)鋼板的力學(xué)性能，對于探討未來高強度船體用鋼的發(fā)展方向具有促進作用。

基礎(chǔ)理論的突破是新一代船體結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展的關(guān)鍵。發(fā)達國家正在加緊研發(fā)相當于目前常用鋼材強度2倍甚至更高的超級鋼。它具有超細化、超潔凈、超均質(zhì)的組織和成分特征，以及高強度高韌性的力學(xué)性能特征。我國稱它為“新一代鋼鐵材料”，而日本稱它為“超級鋼”。

“新一代鋼鐵材料”或“超級鋼”的核心理論和技術(shù)是實現(xiàn)鋼材內(nèi)部組織的超細化，將目前細晶鋼的基體組織細化至微米數(shù)量級，使其強度顯著提高。它的強化途徑完全不同于傳統(tǒng)的以合金元素添加為主要手法的強化途徑，而是采用了盡量降低合金成分含量，使其碳當量維持在低碳鋼的水平上，依靠晶粒超細化來提高強度。超級鋼鐵材料的研究計劃采用了晶粒超微細化、成分合金化或不添加合金元素的途徑，可以獲得易于焊接的以鐵素體為主相組織的鋼材。這是在前一時期的理論突破基礎(chǔ)上制定并開始實施的計劃，對未來高強度結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

我國對超細晶粒鋼的研究，除了采用強力變形和動態(tài)再結(jié)晶軋制因素外，主要發(fā)展了形變和相變耦合在超細晶鋼中的作用。形成了以變形誘導(dǎo)鐵素體相變(DIFT)為核心的細晶粒或超細晶粒形成理論和控制技術(shù)，實現(xiàn)細晶粒或超細晶粒鋼的工業(yè)化生產(chǎn)。變形誘導(dǎo)鐵素體相變是指在鋼的Ac1溫度附近施加變形，變形中奧氏體能量升高，穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致奧氏體一鐵素體相變。由于相變是在變形過程中，而不是在變形之后的冷卻過程中發(fā)生的，因而又被稱為動態(tài)相變(Dynamic Transformation)。這種相變之所以引起人們的關(guān)注，一方面是因為它能夠獲得超細晶，另一方面是因為它具有較好的工業(yè)化前景。

高強度高韌性是鋼鐵材料的主要追求目標。目前所遇到的主要問題是如何在提高其強度的同時能保持良好的韌性。提高鋼鐵材料強度的途徑主要包括利用點缺陷(固溶強化)、線缺陷(位錯)、面缺陷(細晶)及體缺陷(第二相)的強化作用等四種。其中，通過細化晶粒使晶粒(或亞結(jié)構(gòu))減小至超細晶/納米尺度是同時獲得超高強度及高韌性鋼的有效方法。但是，晶粒細化到1mm之后，由于屈服強度的提高明顯大于抗拉強度的提高，屈服比將迅速增大到0.9以上，對安全性和冷加工性能明顯不利。因此，在晶粒細化的同時，對于第二相的微細化及其形狀和分布狀態(tài)的有效控制是未來鋼鐵材料科學(xué)與技術(shù)的最重要發(fā)展方向。在提高鋼鐵材料強度的各種措施中，細化晶粒是鋼鐵材料發(fā)展的重要方向。

目前，美國、日本、瑞典的納米結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)業(yè)化發(fā)展較快。正在探索的將晶粒細化至納米量級的結(jié)構(gòu)鋼及合金的制造工藝主要包括：激光熔化和攪拌摩擦處理；相轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)納米/超細晶粒鋼；馬氏體時效處理和相變誘導(dǎo)塑性(TRIP)效應(yīng)相結(jié)合。

高強度船體結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分設(shè)計是采用在C-Mn鋼基礎(chǔ)上加入適量Cu，Ni，Cr等元素以改善鋼的耐大氣腐蝕性。其特點為：(1)C，Mn，元素以固溶強化的作用保證鋼的基本強度要求；(2)嚴格控制S，P的含量，確保鋼板具有良好的沖擊韌性；(3)合金元素Cu，Ni，Cr等可以提高鋼的強度，還可以改善鋼的抗大氣腐蝕性能，Ni還能降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)折溫度。