[发明专利]一种高强韧叠层异构钢板的制备方法

说明书

本发明公开一种高强韧叠层异构钢板的制备方法。包括如下步骤：(1)电弧堆焊：选用低碳钢和奥氏体不锈钢焊丝，使用电弧增材方法进行逐层堆焊，制成叠层板材；(2)高温热轧及临界热处理：叠层板材在1000℃‑1200℃进行热轧，累积轧制量为20％‑50％；热轧结束后将钢板空冷至低碳钢对应的奥氏体单相区或者铁素体‑奥氏体两相区，保温1‑20min后进行水淬；(3)低温轧制：通过低温轧制使奥氏体不锈钢片层发生应变诱导马氏体相变，同时细化低碳钢片层晶粒尺寸；(4)异构热处理：对低温轧制后的钢板进行异构热处理，得到由超细奥氏体和高强低碳钢组成的叠层异构钢板。本发明的钢材具有超高硬度与良好的韧性，工艺流程简单，形成的异种材料界面结合良好。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种高强韧叠层异构钢板的制备方法。

背景技术

钢铁材料作为最常见的结构材料，广泛应用于建筑、交通运输、石油化工等各领域。提高钢铁材料的强度对于结构轻量化和提升结构安全性能具有重要意义。对于钢铁材料而言，增加碳含量是各种强化钢铁材料方式中最有效和经济节约的方式，但是碳含量的增加也相应地会带来很多弊端，例如材料的可焊接性能和成型性能会降低。而目前工业上常用的低碳合金钢的强度普遍较低，例如常用的Q235钢的抗拉强度通常在500MPa以下，难以满足更高强度等级的要求。因此，如何通过有效的方式来获得高性能钢铁材料对于推广钢铁材料的应用具有重要意义。

奥氏体不锈钢通常具有较低的屈服强度和优异的均匀延伸率，为了提高其屈服强度，Ren等人(Ultrahigh-strength AISI-316austenitic stainless steel foilsthrough concentrated interstitial carbon,Acta Materialia,(2019)167:231-240.)对316奥氏体不锈钢进行低温渗碳来提高合金零件性能。该方法的特点是：(1)可以将奥氏体不锈钢的屈服强度提高4倍；(2)钢的表面层具有高硬度，而工件的中心部分仍然具有比较好的韧性，使材料具有更高强度的同时，减少了韧性的损失。但是，此方法适用于薄片样品，而且渗碳工艺比较复杂，渗碳层厚度难控制。除了利用合金元素以外，通过马氏体相变和晶粒细化可以大幅提高材料的强度。

R.K.Islamgaliev等人(Effect of grain refinement on mechanicalproperties of martensitic steel)对马氏体钢进行进一步等径角挤压(ECAP)，使晶粒得到了显著的细化，晶粒尺寸为0.8μm，有效提高了马氏体钢的强度，但是材料基本没有均匀延伸率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高强韧钢板的方法，首先通过电弧增材，将低碳低合金钢和奥氏体不锈钢焊丝进行逐层堆焊，制成叠层板材；再通过高温热轧消除堆焊过程的孔隙缺陷并结合后续临界热处理调节变形前初始组织，然后通过低温轧制变形使奥氏体不锈钢片层发生应变诱导马氏体相变，同时细化低碳钢片层晶粒尺寸；最后通过精确的异构热处理工艺使奥氏体片层发生逆相变形成细小的等轴奥氏体晶粒，同时使低碳钢片层转变成铁素体-马氏体双相结构或者全马氏体结构，得到由超细奥氏体片层和高强度低碳钢片层组成叠层异构钢铁材料。其中强度高的低碳钢片层和韧性好的奥氏体片层分别作为异构材料的软硬组元，两者协调变形，提高材料综合力学性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高强韧叠层异构钢板的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：电弧堆焊：选用低碳钢和奥氏体不锈钢焊丝，使用电弧增材方法进行逐层堆焊，制成叠层板材；

步骤(2)：高温热轧及临界热处理：叠层板材在1000℃-1200℃进行热轧，累积轧制量为20％-50％；热轧结束后将钢板空冷至低碳钢对应的奥氏体单相区或者铁素体-奥氏体两相区，保温1-20min后进行水淬；

步骤(3)：低温轧制：通过低温轧制使奥氏体不锈钢片层发生应变诱导马氏体相变，同时细化低碳钢片层晶粒尺寸；