[發明專利]一種高強度中碳低合金鋼板的制備方法

在審

• 申請號: 202010645638.6
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111876674A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 申勇峰;張小麗;馮曉偉;薛文穎
• 申請（專利權）人: 東北大學;中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/44;C22C38/46;C21D8/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種高強度中碳低合金鋼板的制備方法，按以下步驟進行：(1)按D6A鋼成分冶煉鋼水，在保護氣氛條件下熔煉，并澆鑄制成具有原始粗晶的鑄錠；(2)將鑄錠加熱至1200±50℃固溶處理，然后進行6道次熱軋，空冷至室溫，制成熱軋板；(3)加熱760±20℃保溫5～10min，進行單道次溫軋，總變形量20±0.5％；空冷至室溫，650±20℃保溫10～15min，空冷至室溫。本發明的產品具有較高的室溫拉伸強度，塑性良好，優于用傳統淬火加回火方法制備的鋼材料的綜合力學性能；本發明的制備方法簡單，只需改進工藝條件，控制適當的熱處理參數即可獲得。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種高強度中碳低合金鋼板的制備方法。

背景技術

低合金超高強度鋼是通過在結構鋼中加入少量的合金元素的基礎上發展起來的，合金元素使鋼產生固溶強化并通過合金元素提高鋼的淬透性與馬氏體的回火穩定性；主要合金元素包括Mn、Cr、Si、Ni、Mo、V等，但是它們的總和含量一般在5％以內；結構用鋼與之相比，除Mo的含量稍高外，其它的合金元素含量和種類差別不大，大致可分為CrNiMo鋼、CrMo鋼、CrMnNiSi鋼、CrMnSi鋼、SiMnAlV鋼等幾個鋼系，含碳量一般為0.27～0.50％，大多低合金高強度商品鋼的組織是回火馬氏體或者下貝氏體，其抗拉強度取主要決于鋼中碳含量或馬氏體中的碳當量。

高強度化是鋼鐵材料發展的趨勢之一，是實現節能減排的重要途徑。雖然不斷出現各類新材料，但超高強度鋼在彈性模量、沖擊韌性和強度等方面依然具有很大的優勢。一般認為抗拉強度大于1350MPa的鋼為超高強度鋼，它廣泛應用于航空航天領域。新一代低合金高強鋼的開發制備是以獲得組織均勻、無缺陷超細晶結構(小于1μm)為主要方向的；晶粒細化可以提高材料強度和韌性，一直是提高材料綜合力學性能的有效方法，開發制備超細晶鋼是新世紀低合金高強鋼的發展方向；當前的超細晶鋼鐵材料貯備技術主要有：大塑性變形制備技術、熱處理制備技術、形變誘導鐵素體相變制備技術、微合金化制備技術和場處理制備技術等；然而鋼鐵材料領域的超細晶制備技術一直受到制備技術應用范圍的限制而發展緩慢。

D6A是一種淬透性良好的中碳低合金超高強度鋼，具有強度高、抗應力腐蝕性能好、成本低、應用可靠等優點，目前廣泛應用于制作飛機發動機曲軸、大梁、起落架和中小型火箭殼體等高強度結構零部件；但是傳統的先淬火后回火的D6A鋼制備工藝雖然能獲得很高的強度，但是塑性較差影響其綜合性能。多次研究表明，獲得高強高韌的超細晶鋼除了強采用力變形和動態再結晶軋制因素外，還可以采用變形誘導鐵素體相變(DIFT)技術，使鋼在Ac1溫度附近發生變形，奧氏體中的能量升高，穩定性降低，從而獲得超細晶。

在實際工業生產中，采用晶粒細化的方法提高材料的強度和韌性，可以用著名的Hall-Petch關系來描述，即利用大量晶界釘軋位錯來阻礙位錯的運動。因此，如何通過適當的成分和加工工藝設計，控制晶粒尺寸進而通過晶界或亞結構對位錯的釘扎作用提高屈服強度，同時具有一定的塑性變形能力，成為材料研究的熱點之一。通常金屬材料的晶粒細化主要是通過傳統的塑性變形加工和隨后的退火工藝，即發生再結晶和晶粒長大來獲得的，普通粗晶體鋼(晶粒尺寸約為100μm)在室溫下拉伸的屈服強度(σy)約90MPa，超細晶微合金鋼((Fe-0.8C，晶粒尺寸約為6μm)在室溫下拉伸，其屈服強度σy為310MPa(Bramfitt B.L，MarderA.R，Metallurgical and Petroleum Engineers，191-198(1973))；宇航用低合金超高強鋼(D6AC)經過真空感應爐熔煉+電渣重熔，再經過900℃×20min空冷+880℃×20min油冷