[發(fā)明專利]梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼及其制備方法

在審

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• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113088821A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石銀冬;邢振國;張喜亮;徐東;王麗娜;梁順星
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工程大學(xué)
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C21D8/00;C21D1/26
• 代理公司: 石家莊開言知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 13127
• 代理人: 李志民

本發(fā)明涉及一種梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼，按質(zhì)量百分比其組分為C：0.2～0.3、Si：0.3～0.7、Mn：1.5～1.9、P：0.025、S：0.025，余量為鐵。低合金鋼的制備過程為：⑴將原料按質(zhì)量百分比的低合金鋼棒狀試樣在700～800℃下保溫1～2小時(shí)，得到粗晶低合金鋼。⑵粗晶結(jié)構(gòu)試樣扭轉(zhuǎn)變形處理，扭轉(zhuǎn)變形速率為60～120度/分鐘，控制變形量180度～1440度。⑶低合金鋼試樣退火處理，退火溫度550～600℃，保溫15～30分鐘后水冷至室溫。本發(fā)明利用室溫扭轉(zhuǎn)變形結(jié)合熱退火調(diào)控低合金鋼的性能與組織結(jié)構(gòu)，在保持低合金鋼塑性和保留失效延伸率的同時(shí)，有效提高了低合金鋼的強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金鋼材料及制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼及其制備方法。

技術(shù)背景

低合金鋼具有低成本、高塑性、良好的焊接性能與切削性能等優(yōu)良特性，應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器、特種設(shè)備等工程領(lǐng)域。目前廣泛使用的低合金鋼材料，比如Q345與Y40Mn，其屈服強(qiáng)度為345～600MPa，失效延伸率為20～30％。但是，較低的強(qiáng)度限制了低合金鋼在高強(qiáng)度工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)強(qiáng)化低合金鋼的方法，比如淬火處理或摻入合金元素，都不可避免地犧牲低合金鋼的塑性，而過低的塑性又無法保證其安全可靠性。因此，低合金鋼能夠廣泛應(yīng)用的先決條件是提高強(qiáng)度的同時(shí)保持其良好塑性。

公開號為CN 107299302 A的發(fā)明專利公開一種提高金屬梯度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和塑性匹配度的方法，首先對表面清潔的金屬板材進(jìn)行高能噴面納米化處理，然后對表面納米化處理后的板材進(jìn)行軋制，控制軋制壓下量在12％～30％之間，最后在50～100℃下真空退火30～60min。該專利能有效解決現(xiàn)有噴丸技術(shù)中采用高碳鋼丸對金屬板材進(jìn)行加工后表面粗糙度高、板材強(qiáng)度和塑性匹配度低的問題，但仍不能滿足未來對于高強(qiáng)度低合金鋼的強(qiáng)度和塑性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼，滿足車輛、橋梁、船舶等發(fā)展需要的梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼的需求。本發(fā)明的另一目的是提供一種梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼，低合金鋼按質(zhì)量百分比其組分為C：0.2～0.3、Si：0.3～0.7、Mn：1.5～1.9、P：0.025、S：0.025，余量為鐵。低合金鋼為鐵素體晶粒尺寸從棒狀試樣心部到表面沿徑向連續(xù)減小的的低合金鋼，并且低合金鋼兼具高強(qiáng)度與高塑性。

梯度晶粒結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度與高塑性匹配低合金鋼的制備方法，制備過程如下：

⑴將原料按質(zhì)量百分比為C：0.2～0.3、Si：0.3～0.7、Mn：1.5～1.9、P：0.025、S：0.025的低合金鋼棒狀試樣在700～800℃溫度下保溫1～2小時(shí)，得到成分均勻的粗晶結(jié)構(gòu)低合金鋼。

⑵使用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)將步驟⑴得到的粗晶結(jié)構(gòu)試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形處理，保持扭轉(zhuǎn)變形速率為60～120度/分鐘，控制變形量(扭轉(zhuǎn)角)為180度～1440度。

⑶將步驟⑵所得室溫扭轉(zhuǎn)變形的低合金鋼試樣置于退火爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550～600℃，保溫15～30分鐘后水冷至室溫。

本發(fā)明獲得的低合金鋼在Instron 5966力學(xué)性能測試系統(tǒng)進(jìn)行的室溫拉伸性能測試，其力學(xué)性能為：屈服強(qiáng)度500～740MPa，失效延伸率17～22％。傳統(tǒng)技術(shù)所得到的低合金鋼力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度為345～600MPa，失效延伸率在20～30％。