[发明专利]一种纳米结构超高强塑性低合金钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及低合金钢的微观组织控制及超高强塑性材料的制备方法，尤其涉及通过控制轧制技术及热处理技术的相结合得到含有锆、钼、铌、钛低合金钢的纳米级的高性能钢及其制备方法。

背景技术

近年来，人们对生产具有高强度并伴随高韧性的超细晶粒(UFG)钢的兴趣日益浓厚。许多研究室投入了大量精力以期望用最少的合金成本生产出UFG钢。一般来说目前主要有两种方法生产超细晶粒钢，第一种方法是建立在大塑性变形(SPD)基础上，如高压下的扭转应变(HPT)、等通道角压缩(ECAP)、金属粉末机械研磨、多重压缩、积累叠扎(ARB)等。尽管使用这些方法都能获得1μm以下的超细晶粒组织，但是这些过程都需要专用的设备和技术，另外还需要对材料施加足够大的应变(ε≈4)才能形成超细晶粒组织。而且，这些方法绝大部分无法再连续制造工艺过程中实施。第二种方法包括先进的热力学处理。利用替代策略产生超细晶粒显微组织。例如，变形感生晶粒部分可以导致超细晶粒的形成。近年来，S.M.HOSSEINI、Ahamad KERMANPUR等使用传统的轧制设备通过对冷轧马氏体进行退火在低碳钢中获得了超细晶粒。在这种冷轧马氏体-退火方法中马氏体相变位错和冷轧马氏体变形位错之间的相互作用形成了具有大角度取向差的胞状结构，使得能在较小塑性变形量情况下形成超细晶粒组织。但是，目前对在这一过程中胞状结构形成机制尚不明确。同时，超细晶粒钢铁材料的强度对其晶粒尺度很敏感，在退火过程中晶粒的长大直接会导致强度的急剧下降。

60年代以来，材料科技工作者成功地开发了微合金钢的控制轧制技术，特别是在低碳含铌的微合金钢中，通过奥氏体未再结晶区控制轧制可以有效地增加形变奥氏体的晶界、形变带和位错孪晶等晶体缺陷，从而提高铁素体相变的形核率，细化铁素体组织。目前，利用该技术在工业化生产中可将晶粒组织控制在3～5μm，但要进一步提高材料的性能，就需要从材料的化学成分、母相的组织结构，轧制的变形量、温度以及后续的热处理进行多方面的控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能低合金钢，此低合金钢的微观组织为纳米级，具有较高的强度和塑性，并且此低合金钢的制备未用到特殊的设备，只采用了控制轧制工艺，所以此技术适于工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种纳米结构超高强塑性低合金钢的制备方法，将低合金钢进行均热处理后，进行再结晶区和未再结晶区的两阶段控轧，再结晶区的轧制累积变形量大于60％，中间坯空冷到980±30℃，再进行未再结晶区轧制，其压缩比保持在5倍以上，轧制后将坯料进行层流冷却得板条贝氏体后进行等温淬火处理得贝氏体组织，随后进行变形量为60-90％冷变形处理后，将坯料进行回火快冷处理得到超高强塑性低合金钢。

本发明中所述的一种纳米结构超高强塑性低合金钢的制备方法包括以下工艺步骤：

(1)对低合金钢坯料加热到1150～1250℃，保温100-300分钟，进行均热处理，使其完全奥氏体化；

(2)对坯料立即进行两阶段控制轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制，变形速率大于5s^-1，累积变形量大于60％，中间坯空冷到980±30℃，再进行未再结晶区轧制，使未再结晶区轧制压缩比保持在5倍以上，终轧温度控制在810～830℃范围内；

(3)对钢板进行层流冷却，冷却速度范围控制在15～25℃/s之间，终冷温度控制在350℃～600℃范围内，将层流冷却后的钢板空冷至室温；

(4)将钢板进行等温淬火处理，加热到900-930℃保温10-30分钟，然后在300℃-500℃盐浴炉中等温淬火，时间10-25分钟，而后冷却到室温；

(5)对钢板进行冷变形处理，累计变形量为60-90％；

(6)将冷变形钢进行回火处理，回火温度500℃-700℃，时间10-100分钟，而后水冷得超高强塑性低合金钢。

本发明所述的制备方法，优选方案为，在均热化处理后对坯料进行去鳞处理。

本发明所述的制备方法，优选方案为，所述低合金钢中含有微量的锆、钼、铌、钛。

一种纳米结构超高强塑性低合金钢，通过上述制备方法制得。