[发明专利]低碳合金钢快速获得细小铁素体晶粒的热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用形变诱导铁素体相变机理使低碳合金钢快速获得细小铁素体晶粒的热处理方法。

背景技术

钢铁材料对社会现代化建设起着重要作用，新一代钢铁材料的基本特征是晶粒超细、高洁净、高均匀。晶粒的大小直接影响金属的机械性能，而细化晶粒是提高金属强度与塑性的唯一方法，细化晶粒的方法很多，其中的方法之一就是形变诱导铁素体相变（Deformation Induced ferrite transformation，简称DIFT）。引起铁素体相变的本质是变形导致的自由能升高和奥氏体形核地点的增多，因此该理论是奥氏体向铁素体的组织变化和铁素体晶粒的细化的结合。影响形变的因素除了应变之外，还包括应变速率、温度、变形方式等。

传统对低碳钢或低碳合金钢进行细化晶粒的途径是利用TMCP（ThermoMechanical ControlProcess即热机械控制工艺）技术，也就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却。TMCP工艺周期长，成本高，需要严格控制许多工艺参数才能实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉的使低碳合金钢快速获得细小铁素体晶粒的热处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：低碳合金钢快速获得细小铁素体晶粒的热处理方法，包括如下步骤：

a、将退火态（即软态，是在适当的温度下，让金属材料保温一定的时间，消除金属内应力，使金属材料从硬态转化为软态）的低碳合金钢加热到950～1000℃，保温20～40分钟；

b、利用锻打的方式对步骤a处理后的低碳合金钢进行热形变处理，控制压缩比（试样的原始高度H_o除以试样形变后的最终高度H_f:即H_o/H_f）不小于3；

c、将热形变处理后的低碳合金钢放置在空气中静置30～50秒，然后放到冷却水中充分冷却。

其中，上述方法步骤a中低碳合金钢加热到950～1000℃后的保温时间为25～35分钟。

其中，上述方法步骤b中控制压缩比在3～4之间。

其中，上述方法步骤c中低碳合金钢在空气中进行静置的时间为35～45秒。

其中，上述方法步骤c中所述冷却水为流动状态的冷却水。

本发明的有益效果是：本发明利用形变诱导铁素体相变的机理，即热形变+弛豫（在空气中静置）+快速冷却的工艺可将低碳合金钢晶粒进行有效的细化，可将退火态粗大的铁素体+珠光体（F+P）转化成以铁素体为主的等轴细小均匀的组织，晶粒小于5μm，既保证低碳合金钢具有较高的强度，还具有良好的韧性，从而提高其综合机械性能。本发明利用形变诱导铁素体相变机理使低碳合金钢快速获得细小铁素体晶粒的热处理方法操作简单，设备投资低，生产成本低，具有良好的应用前景，为获得形变诱导铁素体相变组织开辟了一条新的途径。

附图说明

图1为本发明形变诱导相变后试样的横截面放大500倍的金相显微组织图；白色的为均匀等轴的细粒状铁素体，深色的为部分珠光体组织。

图2为退火态试样的横截面放大500倍的金相显微组织图；白色的为粗大的铁素体组织，深色的为层片状珠光体组织。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明低碳合金钢快速获得细小铁素体晶粒的热处理方法，包括如下步骤：

a、将退火态的低碳合金钢加热到950～1000℃，保温25～35分钟。

形变诱导铁素体相变的起始组织是奥氏体态，奥氏体晶界是一种缺陷，可以提供形核驱动力，因此铁素体的形核地点优先在奥氏体晶界位置，而奥氏体的晶粒尺寸的降低，可使相同应变量下铁素体的转变量增加，有利于形变诱导铁素体的发生，另一方面，奥氏体晶界数量就相应增加，对铁素体相变就越有利，奥氏体晶粒大小控制的直接影响因素是温度，为了不让奥氏体晶粒过于粗大，同时为有利于热形变，将加热的温度控制在950～1000℃，同时保温25～35分钟，使奥氏体充分均匀化。

b、利用锻打的方式对步骤a处理后的低碳合金钢进行热形变处理，控制压缩比在3～4之间。