CN103805764A

CN103805764A - 一种细化高锰奥氏体钢晶粒的热轧工艺方法

Info

Publication number: CN103805764A
Application number: CN201410032231.0A
Authority: CN
Inventors: 付瑞东; 李艺君
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN103805764B

Abstract

一种细化高锰奥氏体钢晶粒的热轧工艺方法，其主要是：本发明采用锰含量为12～40%，氮含量为0～0.4%的高锰奥氏体钢。将上述高锰奥氏体钢以100℃/min的加热速度被加热到1150℃～1250℃，并保温1小时，而后冷至1000℃～1050℃开始第一道次轧制，变形速率0.005～0.008s^-1，压下量20%。间隔5s后，进行第二道次轧制，变形速率0.1～0.5s^-1，压下量40%。间隔5s后，进行第三道次轧制，变形速率1～5s^-1，压下量30%。终轧温度控制在950℃以上，轧制后迅速喷水冷却。高锰奥氏体钢经三道次不同压下量、不同应变速率下的热轧，促发多次完全再结晶，晶粒尺寸从100μm细化到4～10μm，得到超细晶粒高锰奥氏体钢。

Description

一种细化高锰奥氏体钢晶粒的热轧工艺方法

技术领域：

本发明属于合金钢生产领域，特别涉及一种细化高锰奥氏体钢晶粒的热轧工艺方法。

背景技术：

高锰奥氏体钢是一类用途广泛的合金钢，例如典型的Mn13钢是主要用于建筑、矿山机械中耐磨构件的制造；高锰和含氮的奥氏体钢可替代传统含镍奥氏体不锈钢，主要用于各种耐腐蚀、低温以及生物工程等领域。而具有高强度、高冲击吸收能的高锰碳系的孪晶诱发塑性钢已在轨道交通等领域显示了巨大的应用潜势。上述各类高锰钢的显著特点是室温下具有相对稳定的单相奥氏体组织，所以不能通过热处理来细化晶粒而达到提高强度的目的。

作为结构用钢，高锰钢的屈服强度往往是结构设计和安全评定的基本性能指标。在现有技术中，采用添加合金元素进行固溶强化和弥散强化，可在一定程度上提高高锰钢的屈服强度，但这类方法会因加入大量的合金元素而使钢的成本显著增加。相比之下，晶粒细化则是提高高锰钢屈服强度最有效的方法。

通常对于这种单相组织钢种的晶粒细化有两类方法：一种是采用冷轧和再结晶退火来细化晶粒，但这种方法对于强加工硬化能力的高锰钢不适用；另一种是采用在再结晶温度区间的热轧来细化晶粒，这是目前高锰钢变形加工的重要方法。专利“一种高氮奥氏体不锈钢的热加工工艺”（专利公开号：CN101748252A）中，为解决该钢在热加工过程中易形成析出相和变形开裂的问题，需在1050℃～1200℃温度范围内进行多道次轧制，同时通过细化晶粒来提高强度。然而，由于其轧制温度高且变形温度区间太窄，尽管采用多道次轧制，通过动态再结晶机制细化晶粒的作用不显著，且很难触发多次再结晶，因而晶粒仅发生一定程度的细化。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能获得均匀细小晶粒组织的细化高锰奥氏体钢晶粒的热轧工艺方法。本发明主要是将高锰奥氏体钢进行多道次、不同压下量和变形速率的组合轧制，控制各道次间的组织关联性和动态组织演化过程，进而获得均匀细小晶粒组织的高锰奥氏体钢。

本发明的具体技术方案如下：

1、本发明采用锰含量为12～40%，氮含量为0～0.4%的高锰奥氏体钢。

2、将上述高锰奥氏体钢以100℃/min的加热速度被加热到1150℃～1250℃，并保温1小时，而后冷至1000℃～1050℃开始第一道次轧制，轧制参数为：变形速率0.005～0.008s^-1，压下量20%。

3、间隔5s后，进行第二道次轧制，轧制参数为：变形速率0.1～0.5s^-1，压下量40%。

4、间隔5s后，进行第三道次轧制，轧制参数为：变形速率1～5s^-1，压下量30%。

5、终轧温度控制在950℃以上，轧制后迅速喷水冷却。

上述工艺方案的工艺原理是通过增加每道次轧制的变形速率，进而触发多次动态再结晶，使得晶粒得到充分细化。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、高锰奥氏体钢经三道次不同压下量、不同应变速率下的热轧，促发多次完全再结晶，晶粒尺寸从100μm细化到4～10μm，得到超细晶粒高锰奥氏体钢。

2、本发明与现有一道次轧制相比，所获得的再结晶晶粒尺寸更细小，分布更均匀，通过细晶强化可显著提高高锰奥氏体钢的屈服强度和断裂韧性。

3、由于轧制温度高，因此轧制变形抗力小，适于大厚度高锰奥氏体钢的轧制。

附图说明：

图1为未进行轧制的水韧热处理态24Mn1Cr2Si0.1N奥氏体钢组织形貌图。

图2为现有技术经一道次90%压下量，应变速率为0.005s^-1条件下轧制的24Mn1Cr2Si0.1N奥氏体钢组织形貌图。

图3为本发明实例一中经三道次轧制后的24Mn1Cr2Si0.1N奥氏体钢组织形貌图。

图4为未进行轧制的水韧热处理态Fe-38Mn奥氏体钢组织形貌图。

图5为本发明实例二中经三道次轧制后的Fe-38Mn奥氏体钢组织形貌图。

具体实施方式：

实施例1

将厚度为10mm的24Mn1Cr2Si0.1N高锰奥氏体钢，以100℃/min的加热速度被加热到1200℃，并保温1小时，而后冷至1050℃开始第一道次轧制，轧制参数为：变形速率0.006s^-1，压下量20%。间隔5s后，进行第二道次轧制，轧制参数为：变形速率0.2s^-1，压下量40%。间隔5s后进行第三道次轧制，轧制参数为：变形速率2s^-1，压下量30%。终轧温度控制在950℃以上，轧制后迅速喷水冷却。经上述三道次轧制获得的平均晶粒尺寸约为5μm（如图3所示），其与未轧制板材的组织（如图1所示）相比，晶粒得到显著细化；而与现有技术一道次轧制的组织（如图2所示）相比，组织更为细小均匀。

实施例2

将厚度为10mm的Fe-38Mn高锰奥氏体钢，以100℃/min的加热速度被加热到1250℃，并保温1小时，而后冷至1000℃开始第一道次轧制，轧制参数为：变形速率0.007s^-1，压下量20%。间隔5s后，进行第二道次轧制，轧制参数为：变形速率0.4s^-1，压下量40%。间隔5s后进行第三道次轧制，轧制参数为：变形速率4s^-1，压下量30%。终轧温度控制在950℃以上，轧制后迅速喷水冷却。经上述三道次轧制获得的平均晶粒尺寸约为8μm（如图5所示），其与未轧制板材的组织（如图4所示）相比，晶粒得到显著细化。

Claims

1.一种细化高锰奥氏体钢晶粒的热轧工艺方法，其特征在于：

1）本发明采用锰含量为12～40%，氮含量为0～0.4%的高锰奥氏体钢；

2）将上述高锰奥氏体钢以100℃/min的加热速度被加热到1150℃～1250℃，并保温1小时，而后冷至1000℃～1050℃开始第一道次轧制，轧制参数为：变形速率0.005～0.008s^-1，压下量20%；

3）间隔5s后，进行第二道次轧制，轧制参数为：变形速率0.1～0.5s^-1，压下量40%；

4）间隔5s后，进行第三道次轧制，轧制参数为：变形速率1～5s^-1，压下量30%；

5）终轧温度控制在950℃以上，轧制后迅速喷水冷却。