[发明专利]一种高强韧低碳含铝中锰形变诱发塑性钢及制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧低碳含铝中锰形变诱发塑性钢及其制备方法，成分按质量百分比范围为：碳：0.15%~0.22%，锰：8.5%~9.5%，铝：3%~3.5%，余量为铁与不可避免的杂质。制备方法包括以下步骤：1）合金熔炼，采用真空感应熔炼炉进行冶炼，在氩气保护下浇注成柱状钢锭；2）锻造，柱状钢锭去氧化皮后在1250℃均匀化退火2h后进行锻造，最终成型为100mm×30mm的板坯试样；3）一次淬火或多次循环淬火；4）临界退火，将淬火后的试样放入电阻炉内进行退火。本发明成分设计合理，工艺简单优化，材料兼具高强度和高塑性的特性。

技术领域

本发明涉及高强钢制备技术领域，具体涉及一种高强韧低碳含铝中锰形变诱发塑性钢及制备方法。

背景技术

金属材料具有高强度且兼具高塑性一直是合金设计者追求的目标，然而，传统金属材料在提升其强度的同时会显著地降低材料的塑性，很难满足实际工况中材料的使用要求。形变诱发塑性(Transformation Induced Plasticity,TRIP)钢是目前研究较为热点的先进高强度钢种，其主要利用组织中大量不同稳定性等级的亚稳态奥氏体组织形变过程中诱发马氏体相变，提高材料强度；同时相变过程中应力集中释放及在分布，可明显地改善材料的塑性。因此，对于形变诱发塑性钢，室温下获得不同状态(包括晶粒尺寸，形貌和分布)的奥氏体组织，充分利用细晶强化和形变强化，是实现材料增强增塑的关键。

目前大部分中锰TRIP钢均采用奥氏体逆转变工艺，以马氏体组织为初始状态，在临界区退火过程逆转变为奥氏体，室温下可残留含量较多奥氏体组织，从而保证材料具有较好的综合力学性能。但由于无铝中锰钢两相区温度较低，一般需要耗费较长的退火时间，需要数小时甚至数天，生产效率较低。另外，临界区形成的奥氏体组织状态受原始材料的组织状态影响较大，特别是原始奥氏体晶粒尺寸。一般情况，原始奥氏体晶粒越细小，初始态马氏体越细小，临界区形成的逆转变奥氏体晶粒越细小。控制初始马氏体组织状态，成为奥氏体逆转变工艺过程中不可避免的问题。

如何通过成分设计和工艺优化，实现经济型、实用型先进高强度钢的研发和生产，是本领域研究人员致力追求的方向。从热处理工艺调控而不借助其他机械变形细化晶粒手段，进一步改善材料的组织状态和综合力学性能，特别是冲击性能，目前还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种成分设计合理，工艺简单优化的高强韧低碳含铝中锰形变诱发塑性钢及制备方法，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高强韧低碳含铝中锰形变诱发塑性钢，成分按质量百分比范围为：碳：0.15％～0.22％，锰：8.5％～9.5％，铝：3％～3.5％，余量为铁与不可避免的杂质。

作为优选，成分按质量百分比范围为：碳：0.18％，锰：9％，铝：3.4％，余量为铁与不可避免的杂质。

一种高强韧低碳含铝中锰形变诱发塑性钢的制备方法，包括以下步骤：

1)合金熔炼，依照权利要求1所述成分进行合金配料，采用真空感应熔炼炉进行冶炼，精炼真空脱气后，在氩气保护下浇注成柱状钢锭；

2)锻造，柱状钢锭去氧化皮后在1250℃均匀化退火2h后进行锻造，开锻温度为1250℃，终锻温度为850℃，随后空冷至室温，最终成型为100mm×30mm的板坯试样；

3)一次淬火，将试样置于电阻炉内，通电加热，升温速率为8～12℃/min；升温至900℃后保温30min，随后取出试样淬至水中；

4)临界退火，将淬火后的试样放入电阻炉内，试样随炉加热至750℃，升温速率为8～12℃/min，温度升温至750℃后保温60min，然后随炉冷却至室温。

作为优选，所述步骤3)和步骤4)之间还包括二次淬火，将电阻炉加热至900℃后，将试样放入炉中，当温度升至900℃时开始计时10min，随后取出试样淬至水中。