專利名稱：高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的制造方法，特別是涉及一種高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的制備方法。
背景技術(shù)：
超細(xì)晶鋼具有極高的抗拉強(qiáng)度，近年來受到了廣泛關(guān)注。已有報(bào)道，
利用完全馬氏體組織冷軋后再結(jié)晶退火可以成功地制備超細(xì)晶低碳鋼(Scr.Mater.， 2002， Vol.47， p.893; Mater. Sci. Eng. A， 2006， Vol.432, p.216)。但隨著晶粒尺寸減小到亞微米尺度，塑性特別是均勻塑性急劇降低，屈強(qiáng)比顯著增大(Mater. Sci. Eng. A, 2000, Vol.293, p. 165; Scr. Mater" 2002， Vol.47, p.893;Acta Mater., 2005， Vol.52， p.4881; Scr. Mater., 2005, Vol.52, p. 1039; Mater. Sci.Eng.A,2006,Vol.432，p.216)。這嚴(yán)重限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。Zhao等用控制溫軋及后退火處理獲得了亞微米晶低碳鋼，晶粒尺寸為0.7 0.8微米時(shí)的屈服強(qiáng)度接近900 MPa，均勻延伸率不到6% (Scr. Mater" 2007， Vol. 57,p.857)。荊天輔等人用馬氏體或貝氏體組織溫軋及隨后退火方法，制備出了納米粒狀碳化物和亞微米晶粒鐵素體的高碳、中碳和低碳鋼，但未公開拉伸力學(xué)性能結(jié)果(專利ZL 200510012940.3)。 Okistu等用奧氏體區(qū)熱軋空冷至兩相區(qū)水淬后91%壓下量重度冷軋及退火，獲得了亞微米晶低碳鋼，晶粒尺寸約為0.85微米，屈服強(qiáng)度達(dá)到658 MPa，均勻延伸率僅有4.1%，且屈強(qiáng)比高達(dá)0.98 (Scr. Mater., 2009， Vol.60, p.76)。此外，Azizi-Alizamini等(Scr. Mater.， 2007， Vol.57， p.1065)報(bào)道了用"完全奧氏體化淬火+亞臨界淬火+50%冷軋+再結(jié)晶退火"的方法在低碳鋼中獲得了雙峰晶粒尺寸分布鐵素體組織，獲得的均勻延伸率12%，但屈服強(qiáng)度僅500MPa，抗拉強(qiáng)度550MPa,屈強(qiáng)比高達(dá)0.91。本專利申請(qǐng)的發(fā)明人利用低碳鋼完全奧氏體化后空冷到"奧氏體+鐵素體"兩相區(qū)淬火得到的"馬氏體+鐵素體"雙相組織冷軋變形和再結(jié)晶退火處理的方法，獲得了以亞微米和少量幾微米的鐵素體晶粒為基體，且其上分布著納米碳化物顆粒的組織，但拉伸強(qiáng)度只有615MPa，且屈強(qiáng)比高達(dá)0.9 (申請(qǐng)?zhí)?00810009135.9)。此外，本專利申請(qǐng)的發(fā)明人用奧氏體溫區(qū)控制軋制板坯空冷到"奧氏體+鐵素體"兩相區(qū)淬火，得到"馬氏體+鐵素體"雙相組織，再進(jìn)行冷軋和退火處理的方法，得到了高強(qiáng)度高塑性的等軸亞微米晶鐵素體和納米碳化物組織，其屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別為600~660 MPa和720 780 MPa (申請(qǐng)?zhí)?00910074082.3)。上述方法涉及馬氏體與馬氏體+鐵素體的冷軋變形與再結(jié)晶退火，以及單相馬氏體在回火溫度范圍內(nèi)的溫軋變形與退火。馬氏體或馬氏體+鐵素體組織的冷軋變形抗力大，生產(chǎn)上對(duì)軋機(jī)有較高要求， 一般現(xiàn)有軋機(jī)難于達(dá)到其軋制力要求；另外，軋制變形后需退火，增加了生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，工藝復(fù)雜，且增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼板材及制備方法，所述方法是將商用14MnNb低碳鋼鑄錠在奧氏體單相區(qū)熱軋后直接噴水淬火，再重新加熱至奧氏體+鐵素體兩相區(qū)進(jìn)行噴水淬火，然后再加熱至」cl以下溫度進(jìn)行軋制，空冷到室溫，獲得高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼板材。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是所述高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的制備工藝步驟如下(l)熔煉商用14MnNb低碳鋼，澆鑄成鑄錠；(2)將鑄錠加熱到1180 1220。C保溫8 10h后進(jìn)行熱軋，終軋溫度為980-1020 。C，得到3 5mm厚的板坯，迅速噴水冷卻到室溫；(3)板坯加熱至760-780 。C，保溫20min，噴水冷卻到室溫；(4)板坯重新加熱到640-700 °C，保溫5 10min，然后進(jìn)行總壓下量為50 60%的單道次軋制，最后獲得1.2-2.5 mm厚高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼。
所述高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的力學(xué)性能為-屈服強(qiáng)度為640 695 MPa，拉伸強(qiáng)度為765 851 MPa，總延伸率為12.4% 16.5%，均勻延伸率為6.2%~9.5%，屈強(qiáng)比為0.77~0.91;組織由平均直徑0.5-0.8 nm的鐵素體晶粒和平均直徑55 90 nm的納米碳化物顆粒組成。本發(fā)明與上述已知技術(shù)相比具有如下有益效果采用馬氏體+鐵素體雙 相組織溫軋，使軋制抗力大大降低；雙相組織中馬氏體是呈島狀分布的硬 相，鐵素體是軟相，這種軟硬相混合組織軋制變形時(shí)會(huì)使軟相產(chǎn)生大量的 剪切帶及顯著的晶體取向變化，從而導(dǎo)致最終動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒晶體取向在 空間隨機(jī)分布，增加大角度晶界形成幾率，有利于改善拉伸強(qiáng)度和塑性綜 合性能；無需變形后退火處理，使生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)周期縮短，降低生
產(chǎn)成本。因此，本發(fā)明容易在現(xiàn)有軋制生產(chǎn)線上應(yīng)用，具有較高的生產(chǎn)效 率和較低的成本。


圖1是實(shí)施例1高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的拉
伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
圖2是實(shí)施例1高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼微觀 組織的透射電子顯微鏡照片；
圖3是實(shí)施例2高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的拉 伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
圖4是實(shí)施例2高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼微觀 組織的透射電子顯微鏡照片；
圖5是實(shí)施例3高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼的拉 伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
圖6是實(shí)施例3高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼微觀 組織的透射電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
用25 kg感應(yīng)爐熔煉商用14MnNb低碳鋼，澆鑄直徑100 mm的圓柱形 鑄錠；將鑄錠加熱到1180 °C保溫10 h后熱軋，終軋溫度980 。C，得到4 mm 厚的板坯，噴水冷卻到室溫；將板坯加熱到780 。C，保溫20min，噴水冷 卻到室溫；板坯再加熱到640 。C保溫10 min，進(jìn)行壓下量為55%的單道次 軋制，空冷到室溫，最后獲得1.8mm厚的高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納 米碳化物低碳鋼，用電子拉伸機(jī)測得拉伸曲線見圖1，其屈服強(qiáng)度為695MPa，抗拉強(qiáng)度為767 MPa，總延伸率12.4%，均勻延伸率6.2%,屈強(qiáng)比 0.91，用透射電子顯微鏡測得組織中鐵素體晶粒平均尺寸為0.5 ium，碳化物 顆粒平均尺寸為55nm，微觀組織照片見圖2。 實(shí)施例2
用25 kg感應(yīng)爐熔煉商用14MnNb低碳鋼，澆鑄直徑100 mm的圓柱形 鑄錠；將鑄錠加熱到1200 °C保溫9 h后熱軋，終軋溫度1000 。C，得到3 mm 厚的板坯，噴水冷卻到室溫；將板坯加熱到780。C，保溫20min，噴水冷 卻到室溫；板坯再加熱到670 。C保溫保溫8min，進(jìn)行壓下量為60%的單 道次軋制，空冷到室溫，最后獲得1.2mm厚的高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體 和納米碳化物低碳鋼，用電子拉伸機(jī)測得拉伸曲線見圖3，其屈服強(qiáng)度為 653 MPa，抗拉強(qiáng)度為851MPa，總延伸率16.5%，均勻延伸率9.5%，屈強(qiáng) 比0.77，用透射電子顯微鏡測得組織中鐵素體晶粒平均尺寸為0.7 pm，碳 化物顆粒平均尺寸為86nm，微觀組織照片見圖4。
實(shí)施例3
用25 kg感應(yīng)爐熔煉商用14MnNb低碳鋼，澆鑄直徑100 mm的圓柱形 鑄錠；將鑄錠加熱到1220 °C保溫8 h后熱軋，終軋溫度1020 。C，得到5 mm 厚的板坯，噴水冷卻到室溫；將板坯加熱到760 。C，保溫20min，噴水冷 卻到室溫；板坯再加熱到700 。C保溫保溫5min,進(jìn)行壓下量為50%的單 道次軋制，空冷到室溫，最后獲得2.5mm厚的高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體 和納米碳化物低碳鋼，用電子拉伸機(jī)鄰』得拉伸曲線見圖5，其屈服強(qiáng)度為 640MPa，抗拉強(qiáng)度為765 MPa，總延伸率15.8%，均勻延伸率8.4%,屈強(qiáng) 比0.S4，用透射電子顯微鏡測得組織中鐵素體晶粒平均尺寸為0.8 )Lim，碳 化物顆粒平均尺寸為90nm，微觀組織照片見圖6。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼制備方法，其特征是所述方法的步驟如下(1)熔煉商用14MnNb低碳鋼，澆鑄成鑄錠；(2)將鑄錠加熱到1180～1220℃保溫8～10h后進(jìn)行熱軋，終軋溫度為980～1020℃，得到3～5mm厚的板坯，迅速噴水冷卻到室溫；(3)板坯加熱至760～780℃，保溫20min，噴水冷卻到室溫；(4)板坯重新加熱到640～700℃，保溫5～10min，然后進(jìn)行總壓下量為50～60％的單道次軋制，空冷到室溫，最后獲得1.2～2.5mm厚高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低 碳鋼板材，其特征是所述方法制備的低碳鋼板材，其屈服強(qiáng)度為640~695 MPa，拉伸強(qiáng)度為765-851 MPa，總延伸率為12.4%~16.5%，均勻延伸率為 6.2%~9.5%，屈強(qiáng)比為0.77 0.91;所述板材的金相組織由平均直徑0.5~0.8 )Lim的鐵素體晶粒和平均直徑55~90 nm的納米碳化物顆粒組成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼制備方法。所述方法是將商用14MnNb低碳鋼鑄錠在奧氏體單相區(qū)熱軋后直接噴水淬火，再重新加熱至奧氏體+鐵素體兩相區(qū)進(jìn)行噴水淬火，然后再加熱至A_c1以下溫度進(jìn)行軋制，空冷到室溫，獲得高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼板材。所述板材的屈服強(qiáng)度為640～695MPa，拉伸強(qiáng)度為765～851MPa，總延伸率為12.4％～16.5％，均勻延伸率為6.2％～9.5％，屈強(qiáng)比為0.77～0.91；組織由平均直徑0.5～0.8μm的鐵素體晶粒和平均直徑55～90nm的納米碳化物顆粒組成。本發(fā)明所述方法有利于改善拉伸強(qiáng)度和塑性綜合性能，無需變形后退火處理，使生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)周期縮短，生產(chǎn)成本降低，容易在現(xiàn)有軋制生產(chǎn)線上應(yīng)用。
文檔編號(hào)C21D8/02GK101671771SQ20091007564
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者張福成, 真 李, 王天生, 文 雷 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)