[发明专利]一种纳米结构板条马氏体超高强度钢板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢板材的制备方法。

背景技术

作为结构材料而大量使用的钢的主要强化方法是淬火，获得马氏体组织。而钢中马氏体通常有两种形态：一种为板条状马氏体，其内部亚结构是位错；另一种为针片状马氏体，其内部亚结构是孪晶。板条状马氏体组织具有高强度和高韧性，即具有良好的综合力学性能，而针片状马氏体具有高硬度、高强度，但其韧性很低。因此，对于要求耐冲击和承受较高载荷的构件，控制其得到板条状马氏体的微观组织是很有意义的。通常情况下，钢淬火得到马氏体的同时会伴有少量的残余奥氏体。那么，板条马氏体的厚度及残余奥氏体的形态、数量和分布特征对钢的力学性能起到关键的作用。位错亚结构的板条马氏体与薄膜残余奥氏体交替排列的组织，具有较大的裂纹扩展抗力及较好的塑性、韧性和零部件成形性。其中残余奥氏体的稳定性是保持高韧性的一个关键因素。如果残余奥氏体的稳定性较低，其在载荷作用下即发生转变，生成硬脆的马氏体组织，或使用环境温度稍高即转变为碳化物，这都将使钢脆化，恶化其使用性能。为了解决这种残余奥氏体的不稳定性的问题，G.J.库辛斯基等人（发明专利CN 1325685C）发明了一种纳米复合马氏体钢，所含合金元素按重量百分比为：C 0.05~0.33、Cr 0.5~12、Ni 0.25~5、Mn 0.26~6、Si<1；其显微组织由马氏体板条与奥氏体薄膜交替分布组成，且每个奥氏体晶粒内部存在单个变体的板条束，组织中奥氏体的稳定性高于传统淬火得到的多变体板条马氏体组织中的奥氏体；其优选的制造方法主要包括如下步骤：在奥氏体化温度范围1050~1200℃轧制或锻造，再冷却到奥氏体再结晶温度到高于此温度50℃的温度范围900~950℃最优选温度为900~925℃）轧制或锻造，使奥氏体发生动态再结晶，来细化奥氏体晶粒，使奥氏体晶粒的尺寸小于10微米（最好为5~9微米），再冷却淬火，得到在每个奥氏体晶粒内含有单一取向的板条马氏体与薄膜奥氏体交替排布的组织。但该专利权利要求的合金成分不含Mo或W，容易引起回火脆性；Si含量较低（<1 wt.%），不利于提高铁素体强度和回火稳定性，以及抑制碳化物析出；工艺步骤要求较为精确地控制终轧温度来保证发生动态再结晶细化奥氏体晶粒，从而获得晶粒尺寸<10微米的奥氏体；无回火处理，塑性和韧性水平还有提高的空间。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便、能够提高塑性和韧性的纳米结构板条马氏体超高强度钢板材的制备方法。

本发明的技术方案如下：

1、本发明纳米结构板条马氏体超高强度钢板材的化学成分按重量百分比为：C 0.28~0.32，Si 1.5~1.8，Mn 1.5~1.7，Cr 1.0~1.3，Ni 0.9~1.1，W 0.6~0.8，P<0.02，S<0.02，余量为Fe和不可避免的杂质；

2、熔炼铸锭：

用真空感应炉对中碳合金钢进行熔炼，真空度0.1~0.6 Pa、温度1520~1560℃、熔炼时间0.5~1.0 h，将熔炼的钢水浇铸成钢锭，缓冷至室温；

3、轧制：

将上述铸锭加热至1220℃保温3~5 h出炉，在1180~1200℃开始粗轧，终轧温度为870~890℃，六道次轧制，总压下量为85%；轧后喷水快速冷却到400~600 ℃，立即进行30~50%压下量的单道次轧制，然后迅速喷水冷却到室温，得到板材；

4、回火处理：

将上述板材加热到200~350℃，保温2~5 h回火后出炉空冷到室温，制得纳米结构板条马氏体超高强度钢板材，其微观组织为平均厚度50~80 nm的板条状回火马氏体。

各合金元素的主要作用如下：

C：可大幅提高淬透性，是钢中最有效的固溶强化元素，C含量的增高，可显著提高马氏体的强度，但含量过高脆性变大。故选择典型中碳钢的C含量范围0.28~0.32 wt.%，以保证获得优异的综合力学性能。

Si：加入量超过1.5%可强化马氏体，阻碍碳化物析出，提高回火稳定性，有利于在板条马氏体之间形成残余奥氏体薄膜，并可将第一类回火脆性温度提高到350℃以上，而Si含量超过2%时会导致锻造性能降低，并增大脆性，故Si的加入量控制在1.5~1.8%。

Mn：大幅提高淬透性，但过多的Mn导致淬火后残余奥氏体量过多，故Mn的加入量控制在1.5~1.8%。

Cr：提高淬透性和回火稳定性。

Ni：提高淬透性，改善韧性。

W：提高淬透性，防止第二类回火脆性。