[发明专利]一种高屈服强度与高延伸率的钢材的制备方法及钢材

说明书

本发明提供了一种高屈服强度与高延伸率的钢材的制备方法及钢材，所述制备方法包括如下步骤：S1：将合金原料加入电弧熔炼炉中冶炼合金；S2：将得到的合金铸锭加热并进行固溶处理，保温，淬火，将铸锭进行表面机加工；S3：在铸锭表面涂覆防脱碳涂料并将保温，将铸锭快速取出并放置于热锻机上粗热锻成圆棒，水淬；S4：将粗锻圆棒切割成300mm～500mm的长度，然后加热，保温，然后将圆棒取出并放置于温轧机上中温精轧至圆棒A；S5：将圆棒A放置于液氮中进行深冷处理，将圆棒A取出并放置于轧机上超低温精轧至圆棒B；S6：对样品进行金相检验。该制备方法可制得高屈服强度与高延伸率的优异综合力学性能的钢材。

技术领域

本发明涉及一种高屈服强度与高延伸率的钢材的制备方法及钢材，属于金属材料加工成型技术领域。

背景技术

本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

TWIP(Twinning induced plasticity)钢，又称孪生诱发塑性钢，一般含有15％以上锰元素，故也属于高锰钢。TWIP具有很高的应变硬化率，其来源于塑性形变过程中产生的高密度形变孪晶，这些微纳尺度的形变孪晶界与位错和晶界的交互作用引起显著的加工硬化，并使TWIP钢具备极佳的延伸率，一般在60％以上，在能源、交通等多个领域极大的应用潜力。

钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越大。然而，为充分保障TWIP的孪生诱发塑性效应，Fe-Mn-Al-Si、Fe-Mn-Al-C、Fe-Mn-Cu-C、Fe-Mn-C等基于层错能理论设计的不同系列TWIP钢均为奥氏体组织，普遍存在屈服强度偏低的问题。

Atef Hamada(DOI:10.1016/j.msea.2018.01.132)、G.Dini(DOI:10.1016/j.matdes.2010.01.049)和王书晗刘振宇王国栋(TWIP钢中晶粒尺寸对TWIP效应的影响[J].金属学报,2009,45(9):1083-1090)等人通过大形变量冷轧与退火热处理手段细化晶粒尺寸，可以明显提升屈服强度与抗拉强度。然而与粗晶相比，细晶组织极大提升了形变孪生萌生的临界应力、抑制了孪生诱发塑性的效果。进而导致提高TWIP屈服强度的同时却又会引起延伸率的快速下降。

Dini(DOI:10.1016/j.matdes.2010.01.049)所制备的晶粒尺寸为72.6μm的Fe–31％Mn–3％Al–3％Si TWIP钢，屈服强度为123MP时，延伸率仅为76.3％。晶粒尺寸降低至2.1μm时，屈服强度为572MP时，延伸率仅为39.8％。

在授权公告号为CN101956134B、授权公告日为2012.08.08的发明专利中公开了一种高强度、高塑性含铜高碳TWIP钢及其制备工艺，该TWIP钢的化学组成成分按质量百分比为：C：1.1～1.5％，Mn：19.5～20.7％，Cu：2.5～4.5％，稀土Ce：0.21～0.24％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过大量碳元素和铜元素的强化，实例显示，该TWIP钢屈服强度为504～540MPa左右。该专利最后将冷轧态的合金在1000～1055℃保温10～20min后水淬，在此步骤中，材料发生的高温回复与再结晶会导致冷轧过程形成的高密度位错与形变孪晶密度急剧降低，不利于合金材料屈服强度的提升。

在申请公布号为CN113278908A、申请公布日为2021.08.20的发明专利申请中公开了一种高强韧、耐蚀TWIP钢及其制备方法，该TWIP钢钢丝屈服强度为400～800MPa，抗拉强度为700～1000MPa，延伸率为20％～60％。但是屈服强度为523.6MPa时，TWIP钢的延伸率A为48.6％；屈服强度为662.5MPa时，TWIP钢的延伸率A为39.7％。