[发明专利]一种基于晶粒尺寸效应的马氏体-贝氏体异构钢制备方法

说明书

本发明公开了一种基于晶粒尺寸效应的马氏体‑贝氏体异构钢制备方法，基于贝氏体转变的晶粒尺寸效应及异变诱导应变硬化，以珠光体或马氏体的碳钢或合金钢为初始组织，经过温轧变形处理、奥氏体化处理、等温淬火处理、淬火处理等过程，使得贝氏体呈层片状或均匀分布于超细晶马氏体基体之中，获得软、硬相匹配的异构组织，即本发明所述一种基于晶粒尺寸效应的马氏体‑贝氏体异构钢。本发明方法制备工艺简单，所制得的异构钢具有高强度、高韧性的特点，服役过程中可通过异变诱导等手段强化提高材料的屈服强度，并利用异变诱导硬化可以有效保持甚至提高材料的均匀塑性。

技术领域

本发明涉及高强韧异构钢铁材料制备领域，具体是一种基于晶粒尺寸效应的马氏体-贝氏体异构钢制备方法。

背景技术

为应对日益严重的环境污染与能源短缺问题，提高材料的强度与韧性成为了近年来材料科研者研究关注的问题。钢铁作为国家经济建设、社会发展的支柱材料，其强度与韧性的提高显得尤为重要。高强韧钢铁材料对减轻构件重量实现节能减排具有重要的意义。例如：将汽车用钢的强度与韧性提高，有利于减重及增加汽车的安全性能，从而提高燃油利用效率，达到国家整体节能减排的目标。

然而，材料的强度与韧性往往是一对矛盾体。目前，研究学者主要通过孪晶诱导塑性(TWIP)、相变诱导塑性(TRIP)、淬火配分(QP)、形变配分(DP)、低错配度高密度纳米析出、复合界面调控等方法提高材料的强韧性并获得一定的效果。近几年来，香港城市大学朱运田教授和中国科学院武晓雷教授提出利用异构材料(heterostructured materials)的概念来制备高强高韧材料。区别于传统的均质材料，异构材料在材料微观尺度上构筑性能差异的软、硬相。利用软硬相之间的背应力强化效应，朱运田称其为异变诱导应变硬化(HDI)，最终实现材料的高强和高韧。常见的异构材料有梯度纳米结构(gradientnanostructure)、异构片层结构(heterostructured lamella structure)、核壳结构(harmonic structure)、叠层结构(laminate structure)、双相或多相结构(dual ormulti-phase structure)材料，或者其他利用嵌入晶粒内部的纳米孪晶、短程有序、成分偏聚、析出等方法制备异构材料。对于钢铁材料已经研究较为广泛的异构材料有传统的双相钢(dual-phase steel，DP steel)、层片结构马氏体-铁素体钢、铁素体-奥氏体叠轧钢等等，以上材料均可获得良好的强韧性配合。

发明人前期研究结果表明原奥氏体晶粒尺寸可以影响等温贝氏体的转变过程，当原奥氏体晶粒尺寸小于4.6μm时，等温贝氏体的转变受到一定的抑制(Sun J,WangY,Guo S,et al.Effect of prior austenite grain size on isothermal bainitetransformation in 65Cr steel[J].Materials Letters,2020:127495.)。基于以上等温贝氏体转变的晶粒尺寸效应，利用变形手段使材料内部具有非均匀变形带(即形变储能不等)，导致奥氏体形核长大获得的驱动力不同，从而制备出具有不同晶粒尺寸及分布的原奥氏体，经过等温淬火处理获得一定体积分数的贝氏体，随即进行淬火处理，最终获得马氏体-贝氏体异构钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于晶粒尺寸效应制备马氏体-贝氏体异构钢的方法。利用变形手段使钢铁材料内部形成非均匀变形带，通过奥氏体化处理获得不同晶粒尺寸及分布的原奥氏体，随即进行等温淬火获得一定体积分数呈层状或均匀分布的贝氏体组织，最后淬火处理获得一种高强度高韧性的异构钢材料。

为实现上述目的，本发明所用技术方案为：

一种基于晶粒尺寸效应的马氏体-贝氏体异构钢制备方法，包括以下步骤：