[發明專利]一種鐵素體-孿晶馬氏體低碳鋼的制備方法

有效

• 申請號: 201810851666.6
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108998648B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張靜武;李晗;楊猛;緱慧陽;李慧;趙一博;門浩;景子毅;王思涵;王金萍
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00;C21D1/18;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/18;C22C38/20
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 續京沙

一種鐵素體?孿晶馬氏體低碳鋼的制備方法，其主要是采用含碳量為0.13％或0.20％的普通低碳鋼，淬火得到低碳馬氏體，室溫75％軋制變形，在700℃或710℃變形發生再結晶，同一溫度下施加210MPa或220MPa彈性應力時效40分鐘，得到超細等軸晶的鐵素體、孿晶馬氏體晶粒尺寸約2μm左右的鐵素體?孿晶馬氏體低碳鋼。本發明制備的超細等軸晶鐵素體+孿晶馬氏體低碳鋼，硬度強度高于正火態，韌性塑性高于淬火態，綜合力學性能得到大幅度提高，其硬度達到退火態的1.8倍，延伸率是淬火態的2.1倍。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，特別涉及一種低碳鋼的制備方法。

技術背景

低碳鋼為碳含量低于0.25％的碳素鋼，低碳鋼在船舶、橋梁、車輛、鍋爐等領域有廣泛的應用。服役條件下低碳鋼都經過退火或者淬火-回火處理。低碳鋼的退火組織為鐵素體加少量珠光體，鐵素體具有體心立方晶格，常溫幾乎不含有碳；珠光體是鐵素體和滲碳體層片相間的組織，鋼中珠光體的數量和形態，決定了鋼的強韌性。例如R260鋼在480–620℃進行等溫處理得到細化的珠光體組織，其珠光體團尺寸比常規的930℃熱軋態顯著細化，滲碳體片間距減小了2～4倍，屈服強度提高了52％，延伸率同時提高了170％以上【MaterialsScienceEngineering A,608,149–154,2014】。冷拔鋼絲的滲碳體片細化至30～35nm，強度達到6GPa，同時塑性提高【Procedia Materials Science,8,1023–1030,2015】。研究還證實，鋼中鐵素體較多時，鋼的變形以鐵素體滑移為主，材料呈韌性斷裂；珠光體較多時，以滲碳體片層的脆性開裂為主，呈準解理脆性斷裂【北京大學科技學報，36(8)，1032-1038，2014】。

馬氏體是碳在α-Fe里的過飽和固溶體，低碳馬氏體組織形態呈板條狀，又稱板條馬氏體。其板條尺寸、回火沉淀相和原奧氏體晶粒尺寸對性能有顯著影響。如對0.1～0.15C％的微合金鋼經過QCTC(淬火+兩次回火+深冷處理)處理，馬氏體板條寬度255nm細化到66nm，硬度由原來的44.5升高到49.2，沖擊韌性由136J降低至80J【Materials ScienceEngineering,A605,(2014),229-235】。添加微量Nb、Ti的0.27％C低碳鋼，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒增大，880℃下奧氏體晶粒最細，抗拉強度和屈服強度分別達到1657MPa和1343MPa，韌性優于傳統馬氏體鋼?！窘饘贌崽幚恚?016,41(6)，131-134】。25CrMoNbB鋼淬火后得到馬氏體，回火析出B化物，回火溫度由550℃升高到700℃，使沖擊韌性由152J增加到230J，屈服強度由1100MPa降低至760MPa【Materials ScienceEngineering A 712,(2018),453-465】。

常規情況下，現有的低碳鋼的退火態組織為粗大的鐵素體+珠光體團，其韌性塑性高，硬度強度低；低碳鋼的淬火態組織是位錯馬氏體，硬度強度大幅度提高，但韌性塑性降低。

發明內容

本發明的目的在于制備一種方法簡單、鋼的組織為超細等軸晶的鐵素體加孿晶馬氏體、鋼中無碳化物、超細等軸晶粒尺寸約2μm的鐵素體-孿晶馬氏體低碳鋼的制備方法。

本發明的制備方法如下：

采用含碳量為0.13％或0.20％的普通低碳鋼，淬火得到低碳馬氏體，室溫75％軋制變形，在700℃或710℃變形發生再結晶，同一溫度下施加210MPa或220MPa彈性應力時效40分鐘，得到超細等軸晶的鐵素體、孿晶馬氏體晶粒尺寸約2μm左右的鐵素體-孿晶馬氏體低碳鋼。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

制備的超細等軸晶鐵素體+孿晶馬氏體低碳鋼，硬度強度高于正火態，韌性塑性高于淬火態，綜合力學性能得到大幅度提高，其硬度達到退火態的1.8倍，延伸率是淬火態的2.1倍。

附圖說明