[發明專利]一種制備高屈服強度孿生誘導塑性鋼的方法

有效

• 申請號: 201710604528.3
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107574371B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 彭華備;馮俊綱;王勇寧;文玉華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C21D6/00
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本發明公開了一種制備高屈服強度孿生誘導塑性鋼的方法。本發明能明顯提高所述孿生誘導塑性鋼的屈服強度，且其塑性依然保持在較高的水平。本發明所述的孿生誘導塑性鋼中各元素的重量百分比含量為：Mn 14~25%，Si 0.5~4%，C 0.8~1.3%，N 0~0.3%，余為Fe和不可避免的雜質，具體方法如下：將所述孿生誘導塑性鋼在950℃~1200℃處理20分鐘~2小時，然后在室溫變形5%~40%，最后在200℃~600℃時效處理20分鐘~2小時。經過本方法處理后孿生誘導塑性鋼中存在大量納米級孿晶，且納米孿晶的平均間距低于200nm。

技術領域

本發明涉及孿生誘導塑性鋼領域，具體涉及一種制備高屈服強度孿生誘導塑性鋼的方法。該方法制備的孿生誘導塑性鋼的屈服強度得到顯著提升，且擁有較高水平的塑性。

背景技術

孿生誘導塑性鋼具有較高的抗拉強度和很高的延伸率。除此之外，該類鋼還具有高的能量吸收能力而且沒有低溫脆性轉變溫度。這些優越的性能正符合汽車工業在提高安全標準和更合理、低成本生產等方面的要求，也使其成為新一代汽車用鋼的一個重要發展方向。孿生誘導塑性鋼雖然具有如上所述的優良性能，但其基體組織為單一奧氏體，故其屈服強度相對較低（280~350MPa）。對于汽車用鋼而言，較高的屈服強度是保證汽車安全性最重要的因素。因此需要對孿生誘導塑性鋼進行強化，提高其屈服強度。

傳統的強化方法如細晶強化和彌散強化等會使材料屈服強度提升的同時，往往伴隨著塑性的大量損失。盧柯等人在文章“納米孿晶金屬材料”中提出通過在晶體材料中引入高密度共格納米孿晶的方式來強化材料（金屬學報, 2010, 11: 1422-1427）。一方面，孿晶同普通大角度晶界一樣，可以阻礙位錯的滑移，從而強化材料；另一方面，孿晶作為一種共格界面，相比非共格的普通晶界，可以容納更多的位錯，從而不會嚴重損害材料的塑韌性。孿晶片層厚度一般在微米或亞微米級，對于強化材料只能起到一定的作用。而只有當孿晶片層厚度細化至納米量級，強化效果才會得到顯著提升，同時材料仍能保持良好的塑韌性。所以引入納米孿晶是強化孿生誘導塑性鋼的一個較為理想的方法。

目前，塑性變形是引入納米孿晶最常用的方法，包括冷軋，表面機械研磨處理，等通道轉角擠壓以及動態塑性變形等。Haase等人通過等通道轉角擠壓應用于Fe-23Mn-1.5Al-0.3C孿生誘導塑性鋼；經1道次擠壓之后，孿生誘導塑性鋼屈服強度從366MPa提升到881MPa，但延伸率從55.2%下降至14.4%；經600℃回復退火后屈服強度下降至768MPa，延伸率也僅回復到24.2%（Acta Materialia, 2016, 107: 239-253）。Wang等人通過動態塑性變形在Fe-25Mn-3Si-3Al孿生誘導塑性鋼中引入納米孿晶后，材料的屈服強度從337MPa提高到1470MPa，同時延伸率從48%下降至2%；經600℃回復退火后屈服強度下降至977MPa，延伸率也僅回復到21%（Acta Materialia, 2012, 60: 4027-4040）。Wang等人通過表面機械研磨處理在Fe-28Mn奧氏體孿生誘導塑性鋼表層（~500微米）形成了梯度納米孿晶，經過拉伸試驗測得表層形成的梯度納米孿晶屈服強度可高達877MPa，但孿生誘導塑性鋼的整體屈服強度僅從255MPa上升到455MPa（Scripta Materialia, 2013, 68: 22-27）。Bouaziz等人通過冷軋的方式在Fe-22Mn-0.6C孿生誘導塑性鋼中引入納米孿晶，然而冷軋對塑性的損害程度也較大，所需熱處理溫度較高，十分接近再結晶溫度（Scripta Materialia, 2009, 60:714-716）。而在這一溫度階段，材料的性能對溫度的敏感性十分大，這為工業的生產帶來很大難題。綜上所述，上述幾種方法雖然能夠在孿生誘導塑性鋼中引入納米孿晶，提高孿生誘導塑性鋼的屈服強度，但依然存在塑性損失較多，設備復雜難以實現大量和大型塊體的生產等問題。并且，上述方法還需要在再結晶溫度以上進行熱處理，使孿生誘導塑性鋼發生再結晶，而在這一溫度階段，孿生誘導塑性鋼的性能對溫度的敏感性很大，對于工業生產十分不利。因此，如何制備高屈服強度高塑性孿生誘導塑性鋼是亟待解決的問題。

發明內容