[發(fā)明專利]一種基于層錯能調控的超高強塑韌性貝氏體鋼制備方法

有效

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112280941B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 張福成;李俊魁;楊志南
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C21D1/20
• 分類號: C21D1/20;C21D1/46;C21D6/00;C21D8/00;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/34;C22C38/38
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 賈顏維

本發(fā)明公開了一種基于層錯能調控的超高強塑韌性貝氏體鋼制備方法，其設計思路是依據(jù)鋼的層錯能大小，在鋼的滑移和孿生變形方式的臨界轉變溫度以上50～350℃軋制變形20～40％，然后在貝氏體相變溫度區(qū)間進行50～80％不完全貝氏體相變，再在孿生變形溫度區(qū)間進行5～20％變形，從而，使鋼的強度和塑性以及韌性同時大幅度提高，獲得超高強度、超高塑性、超高韌性的貝氏體鋼。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于層錯能調控的超高強塑韌性貝氏體鋼制備方法，屬于鋼鐵材料及其熱加工領域。

背景技術

新一代鋼鐵材料追求的目標是超高強度和超高塑韌性，但是傳統(tǒng)的制造工藝方法難以同時獲得提高材料的強度和塑性的效果，提高鋼的強度會降低其塑性，提高鋼的塑性會降低其強度。近年來，材料科學家為此開展了大量的研究和探索工作，取得了一些令人振奮的研究結果。比如：北京科技大學呂兆平教授團隊利用高密度、超共格第二析出相，研發(fā)出了強度達到2.2GPa，延伸率為8.2％的馬氏體時效鋼，香港科技大學黃明欣教授和北京科技大學羅海文教授團隊，設計的高密度位錯DP鋼強度達到2.2GPa，延伸率達到15％。二者為超高強塑韌性鋼的研制提供了新的設計思路和技術經(jīng)驗，為超高強塑韌性鋼的工程應用帶來了希望。于此同時，中科院金屬研究所張哲峰教授團隊系統(tǒng)揭示了層錯能對鋼的微觀結構、疲勞機制等方面的影響規(guī)律。該團隊通過優(yōu)化合金成分設計，降低層錯能改變微觀變形方式，使鋼的強度和塑性得到同時提高。

基于新一代材料的超高強塑韌性要求和層錯能調控理論，研究層錯與位錯的交互作用以及層錯能的改變對鋼強韌化機制的影響，可為超高強塑韌性材料的化學成分和制造工藝設計提供新的思路。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種基于層錯能調控的超高強塑韌性貝氏體鋼制備方法。基于層錯能調控理論，將高溫奧氏體化狀態(tài)的鋼冷卻至層錯能對應的孿生和滑移變形方式的臨界溫度以上50～350℃進行20～40％軋制變形，來增加鋼的存儲位錯密度以提高基體強度，然后在鋼的貝氏體相變溫度區(qū)間等溫進行50～80％的不完全貝氏體相變，再在層錯能對應的孿生轉變溫度區(qū)間進行5～20％變形，使基體中的面心立方結構相形成孿晶，從而使鋼的強度和塑性以及韌性得到同時大幅度提高。

本發(fā)明技術方案如下：

一種基于層錯能調控的超高強塑韌性無碳化物貝氏體鋼，其設計思路如下：

1、鋼的層錯能調控面心立方結構相的變形機制，從而影響鋼的力學性能：鋼的層錯能值的大小決定了面心立方結構相受力時發(fā)生孿晶轉變，馬氏體轉變或是位錯滑移，不同的變形機制使鋼表現(xiàn)為迥異的力學性能。

2、可以通過以下幾個方式獲得鋼的層錯能大小：⑴根據(jù)層錯能計算的G.B.Olson熱力學模型，面心立方結構相的層錯能可以看做為面心立方和密排六方結構之間的自由能差；⑵根據(jù)Reed的技術方案，利用XRD測定微觀應力，計算層錯能；⑶根據(jù)TEM測定層錯能。

3、利用膨脹儀或者熱模擬設備測試鋼的貝氏體相變動力學，獲得鋼在貝氏體相變溫度區(qū)間不同溫度發(fā)生50～80％不完全貝氏體相變所需要的時間。

4、核心技術是將原始鋼材固溶處理后，在層錯能對應的滑移和孿生變形方式的臨界溫度以上50～350℃軋制變形20～40％，增加位錯密度，然后在鋼的貝氏體相變溫度區(qū)間等溫進行50-80％的不完全貝氏體相變，再在層錯能對應的孿生變形溫度區(qū)間進行5～20％變形，在殘余奧氏體內部形成一定數(shù)量的孿晶，同時大幅度提高基體的強度和塑性。

該超高強塑韌性無碳化物貝氏體鋼的制備工藝如下：

一種基于層錯能調控的超高強塑韌性貝氏體鋼制備方法，其包括：

首先通過測試或計算確定鋼的層錯能，并確定所述層錯能對應的鋼的滑移變形溫度區(qū)間和孿生變形溫度區(qū)間；