[发明专利]具有复合层状结构的单相高锰钢材料及其制备工艺

说明书

本发明提供一种具有复合层状结构的单相高锰钢材料及其制备工艺，属于钢铁材料及其加工制备领域，采用的技术方案是：制备工艺包括以下步骤：（一）高锰钢熔炼；（二）锻造毛板：将所得钢锭在800℃~1200℃下锻造成15‑25mm厚度的毛板；（三）冷轧薄板：将毛板经冷轧为1‑3mm的冷轧薄板，控制冷轧变形量90%以上；（四）退火成型：冷轧薄板以550℃~600℃退火10min以上，即得具有复合层状结构的单相高锰钢材料。有益效果在于：首次在单相高锰钢中实现了复合层状结构设计，具有再结晶层和纳米晶层复合层状结构；该材料具有较大的约束效应强化；工艺简单，适于大规模化生产，加工技术简单，容易实现。

技术领域

本发明涉及钢铁材料及其加工制备领域，具体涉及具有复合层状结构的单相高锰钢材料及其制备工艺。

背景技术

众所周知，材料的强度和塑性很难兼顾，制备高强度和高塑性的金属材料一直是实验室和工业界的巨大挑战。金属材料的组织可以有单相组成，也可以由多相组织，即使组织类型相同，组成相也相同，但晶粒排布、形状、大小有不同时，性能也差异很大。

研究发现，在低碳钢结构中，细化晶粒是提高钢铁材料的屈服强度、降低韧脆转变温度、提高韧性的重要途径。尤其是超细晶组织，如纳米化晶粒，可以实现材料强度的提高，但是塑性却有大幅下降。目前，在多数多相材料通过两种或两种以上材料复合获得，一般由一定含量的粗晶和超细晶或纳米晶构成，在变形过程中粗晶提供塑性，而超细晶或纳米晶提供强度，从而使多相材料同时获得高强度和高塑性。而对于单相材料，晶体组织的组成及结构排布的研究较少，一方面材料组成不易控制，另一方面，钢材锻造工艺步骤较多，工艺条件较为复杂，很难协调各步骤从而制备兼顾强度和塑性的钢材，是钢材技术领域亟待解决的技术性难题。

发明内容

为解决单相高锰钢材料结构规律性差、强度与塑性兼顾效果差的技术问题，本发明提供一种具有复合层状结构的单相高锰钢材料及其制备工艺，通过冷轧和低温退火工艺获得具有再结晶层和纳米晶层的复合层状结构的单相高锰钢材料，该结构可以提供较大的约束效应强化，实现了强度提高的同时，塑性也大大提高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案1是：

具有复合层状结构的单相高锰钢材料，所述单相高锰钢材料中锰的重量百分比为30.5%~34.5%，单相高锰钢材料组织中具有纳米晶层和再结晶层，纳米晶层与再结晶层的层间距为1~20μm。

进一步的，所述单相高锰钢材料为钢板，纳米晶层所占的体积百分比为5%~90%。

进一步的，所述单相高锰钢材料中锰的重量百分比为30.5%~34.5%，碳的重量百分比为0.04%~0.11%， S≤0.01%，P≤0.008%，其余为Fe。

本发明采用的技术方案2是：具有复合层状结构的单相高锰钢材料的制备工艺，包括以下步骤：

（一）高锰钢熔炼：所述单相高锰钢材料的中锰的重量百分比为30.5%~34.5%，按照设计要求计算投料比例，将投料熔炼成钢锭；

（二）锻造毛板：将所得钢锭在800℃~1200℃下锻造成15-25mm厚度的毛板；

（三）冷轧薄板：将毛板经10-15道次冷轧为1-3mm的冷轧薄板，控制冷轧变形量90%以上；

（四）退火成型：冷轧薄板以550℃~600℃退火10min以上，即得具有复合层状结构的单相高锰钢材料。

优选的，所述步骤（三）中毛板冷轧前预先去除其上、下表面各0.5-1.5mm的氧化铁皮；冷轧工艺控制轧制速率0.3-0.5m/s；每道次0.6-2mm的压下量。

更优选的，所述步骤（三）中冷轧为每道次等变形量轧制。