[发明专利]一种高强度、高塑性的高锰钢材料及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料及其加工制备领域，涉及一种高锰钢，尤其是一种高强度、高塑性的高锰钢材料及其加工方法。

背景技术

众说周知，细化晶粒是提高钢铁材料的强度、降低韧脆转变温度、提高韧性的重要途径。低温锰钢研究探索方面的一个重要战略就是细化晶粒以实现在成分不变的前提下优化组织和性能。初期的研究发现，晶粒纳米化，可以实现材料强度的提高，但是塑性却大幅下降。这说明单纯的细化晶粒是行不通的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高高锰钢强度和塑性的方法及高锰钢材料，该方法借助退火理工艺获得粗晶（晶粒尺寸大于约5微米）和超细晶（尺寸小于1微米）的混合组织，使得晶界强化效果急剧增强，其增强效果比粗晶组织的效果提高了10倍；在强化效果急剧增强的同时，材料的塑性不但没有降低反而有所提高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案1是：

一种高强度、高塑性的高锰钢材料，所述高锰钢中锰的重量百分比为30~36%，所述高锰钢中晶粒尺寸小于1微米的超细晶占晶粒总体积的百分比为20~30%。

本发明还提供了一种上述高锰钢材料的加工方法，其包括以下工艺步骤：

A、高锰钢熔炼：所述高锰钢中Mn的重量百分比为 30%~36%，按照设计要求计算投料比例，将高锰钢熔炼成钢锭；

B、钢锭的后处理：将步骤A中的钢锭保持在1150℃~1200℃条件下热处理2~4小时、然后转移到室温、在水淬池中均质完成固溶处理；

C、开坯轧制成板：首先将钢锭坯料加热至在900℃~1000℃、然后热轧成10~20mm厚毛板，再在1000℃~1100℃下保持1~2小时，后转移到室温、水淬池中均质；

D、冷轧、退火成型：热锻后的毛板在室温下经10~20道次冷轧到1.0mm-2.0mm厚的钢板，轧制变形量为90%-95%，所述钢板在600℃-900℃保持5分钟-1小时，后转移到室温、水淬池中完成淬火处理。

优选的，所述高锰钢的组分配比为：Mn 30%~36%、C 0.02%~0.06%、S≤0.01%、P≤0.008%、其余为Fe，以上均为重量百分比。

优选的，高锰钢的组分配比还可以是：Mn 29%~36%、C 0.1%~0.2%、S≤0.008%、P≤0.008%、Si≤0.01%、Cr 6%~8%、Ni 0.2%~0.3%，其余为Fe，以上均为重量百分配比。

上述技术方案中，高锰钢材料经过大变形量的冷轧、退火处理后，获得了超细晶（晶粒尺寸小于1微米）与粗晶的混合组织，且超细晶占总晶粒体积的20%以上，尤其是在20~30%的范围时，高锰钢性能出现了两种非常有利的异常现象，一是晶界强化效果急剧增强，其增强效果比粗晶的效果提高了10倍；二是在强化效果急剧增强的同时，材料的塑性不但没有降低反而有所提高。这些异常现象不能用已建立起来的混晶组织强韧化学说来简单解释；表明控制这类高锰钢的微观组织，可诱导新的强韧化机制，这是一个基础科学问题，需要进一步的深入研究；这些新发现也为调控材料微观组织、充分发挥材料的潜能提供了希望。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本发明通过多道次冷轧和较大的变形量、以及合理的退火温度和退火时间的控制，得到了粗晶（晶粒尺寸大于约5微米）和超细晶（尺寸小于1微米）的混合组织，其中超细晶占晶粒总体积的20~30%时，该微观结构的高锰钢在室温下的拉伸强度和塑性得到明显提高；（2）本发明在调控材料微观组织、充分发挥材料潜能方向提供了新的思路；（3）本发明热处理工艺简单，适用于规模化生产，节能环保，加工技术简易，容易实现。

附图说明

图1a~g分别是实施例1~5和对比例1~2制备的高锰钢EBSD图；

图2a是实施例1中高锰钢晶粒尺寸分布图；图2b和c分别是实施例5中高锰钢微观组织取向差分布和晶粒尺寸分布图；图2d和e分别是对比例2中制备的高锰钢微观组织取向差分布和晶粒尺寸分布图；

图3是实施例1中未经退火处理的高锰钢拉伸曲线；

图4a是实施例1和实施例2的拉伸曲线，其中1代表实施例1，2代表实施例2，

图4b是实施例4和实施例5的拉伸曲线，其中1代表实施例4，2代表实施例5，

图4c是对比例1和对比例2的拉伸曲线，其中1代表对比例1，2代表对比例2；

图5是不同晶粒尺寸的霍尔-佩奇关系图；

图6a~b是实施例11~12制备的高锰钢EBSD图；