[发明专利]一种高强度高塑性不锈钢的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高强度不锈钢制备技术领域，特别涉及一种高强度高塑性不锈钢及其制备方法和应用。

背景技术

自1913年英国的Brearly首次提出“不锈钢”的概念以来，从最开始的铁素体不锈钢到奥氏体不锈钢，再到现在的各种超低碳高性能不锈钢，不锈钢的炼制工艺和使用范围都得到了极大的发展，生产的钢种已经达到上百种。不锈钢材料以其优异的耐腐蚀性能和一定的力学性能成为工业和军事发展不可或缺的重要工程材料，应用范围遍及石油、化工、纺织、核能和航空等各个领域。2005年我国不锈钢消费量为522万吨，比2004年增长16.7％，已经连续5年保持世界第一。随着现代化工、家电、医疗器械以及现代海洋等事业的进一步发展，对不锈钢的性能也提出了更高的使用要求。

通常奥氏体不锈钢存在强度和硬度较低的不足，使得由奥氏体不锈钢制成的产品易发生屈服变形引起失效或者磨损，从而降低产品的使用寿命，因此需开发一些特殊工艺来提高奥氏体不锈钢的强度和硬度，从而达到改善材料性能、提高产品质量的目的。

大量的研究表明，超细晶/纳米晶化可以大幅提高不锈钢的强度和硬度，但以牺牲塑性为代价。等径角挤压法(Equal Channel Angular Processing,ECAP)是一种有效的获取纳米晶或超细晶材料的方法，它是20世纪80年代前苏联科学家Segal在研究钢的变形织构和显微组织结构时，为获得纯剪切应变而开发的一种大塑性变形方法，目的是不改变材料的三维尺寸，进行多次挤压而获得特殊的变形织构。90年代后，R.Z.Valiev利用该技术使材料产生大应变来细化多晶材料，获得了亚微米级或纳米级的超细晶结构材料。目前利用ECAP工艺制备块体超细晶材料的研究大都限于强度较低、延展性较好的材料，如Al、Cu、纯Ni、纯铁等，挤压过程在室温下进行。例如J.W.Wang等在室温下使用ECAP法把1060商用纯铝经过两道次挤压制备出晶粒宽约1～2um长约2～3um的样品。SeungZeon Han等采用ECAP法中的Bc路径把纯铜经过4道次挤压获得了晶粒直径约为300nm的超细晶材料。K.Sitarama Raju等利用ECAP法中的Bc路径把纯镍经过12道次挤压获得了平均晶粒尺寸为0.23um的样品。M.Sus-Ryszkowska等利用ECAP法把纯铁经过12道次挤压，使应变达到13.8，最终获得平均晶粒尺寸为170nm的超细晶材料。

发明内容

为了克服上述现有奥氏体不锈钢强度和硬度较低的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高强度高塑性不锈钢的制备方法。该方法先制备得到超细晶/纳米晶化奥氏体不锈钢，通过对其进行热处理，获得粗晶+超细晶/纳米晶的双尺度结构，利用粗晶结构来恢复不锈钢的良好塑性，同时利用超细晶/纳米晶结构保持其高强度，从而达到获取高强度、高塑性不锈钢的目的。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的高强度高塑性不锈钢。

本发明再一目的在于提供上述高强度高塑性不锈钢在工程领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高强度高塑性不锈钢的制备方法，包括以下具体步骤：

把奥氏体不锈钢试样放入预加热的ECAP模具内，保温，多次挤压后，取出试样放入热处理炉内，进行退火处理，空冷至室温，得到高强度高塑性不锈钢。

优选地，所述退火处理的工艺为在700～800℃下处理20～45min，更优选为在750℃下处理30min。本发明控制该退火处理工艺可将单一纳米晶结构不锈钢变成双尺度结构不锈钢，利用超细晶部分提高不锈钢强度，利用粗晶部分恢复不锈钢塑性，从而最终获得高强度、高塑性的综合性能优异的新型不锈钢，且该新型不锈钢实现高强的、高塑性良好匹配。且根据实验研究结果，在本发明条件工艺范围内才能获得上述目标双尺度结构，得到新型不锈钢。

所述多次挤压指挤压6～8道次，优选为8道次。

所述挤压的速度为100～200mm/min，挤压路径为Bc。

优选地，所述预加热的ECAP模具温度为450℃～500℃。

优选地，所述保温的时间为20～30min。

本发明制备方法得到的高强度高塑性不锈钢，在保持41％延伸率的前提下，获得了高达361HV的硬度，甚至可高达393HV，克服了原奥氏体不锈钢强度和硬度较低的不足，可应用于对材料力学性能要求更高的工程领域。

本发明的机理为：