CN106834942B - 一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法 - Google Patents

一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106834942B
CN106834942B CN201710057125.1A CN201710057125A CN106834942B CN 106834942 B CN106834942 B CN 106834942B CN 201710057125 A CN201710057125 A CN 201710057125A CN 106834942 B CN106834942 B CN 106834942B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
time
medium managese
steel
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710057125.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106834942A (zh
Inventor
张中武
许松松
李俊澎
邱明星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201710057125.1A priority Critical patent/CN106834942B/zh
Publication of CN106834942A publication Critical patent/CN106834942A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106834942B publication Critical patent/CN106834942B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/001—Heat treatment of ferrous alloys containing Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明提供的是一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法。化学成分和质量百分比含量为：Mn：6～14％、Cu：0.5～4％、Ni：2～8％、Al：0.1～1.5％、Mo：1.0～1.5％、Nb：0.04～0.1％、Ti：0.03～0.1％、W：0.8～1.5％、C：0.02‑0.08％、Si：0.4～1.0％，余量为铁和不可避免的杂质元素。本发明通过在铁素体中形成合理数量和尺寸配比的纳米相来强化合金，并且形成残余奥氏体来提供良好塑性。创新性开发了强度高于1400MPa级且强塑积高于30GPa％的中锰钢。本发明钢强塑积高，工艺可控性强，符合第三代汽车用钢设计要求，且容易实现工业化生产。

Description

一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料及其制备方法，具体地说是一种中锰钢及其制备方法。
背景技术
面对当前日益严峻的资源、能源与环境问题，汽车行业发展趋向于轻量化、燃油经济性、减少排放和提高安全性。因此，这就要求汽车用钢在减少板厚的同时提高强塑性，具有优良的综合性能。超高强度可以保证在减少板厚的同时依然拥有较高的强度，而良好塑性则保证了汽车用钢良好成型性能和安全性能。目前，传统的汽车用钢为IF钢、DP钢、QP钢和TRIP钢等，这些钢强塑积较低，无法得到塑性和较高强度的良好匹配。而TWIP钢和奥氏体不锈钢虽然其强塑积达到50～70GPa％,但是其合金元素含量较高，成本较高，且其冶炼工艺性能较差，控制难度也较大。
公开号为CN 104694816 A的专利文件中介绍了一种强塑积大于30GPa％的高Al中锰钢的制备方法。其添加大量的Al元素并控制热机械工艺来获得铁素体和奥氏体的双相高Al中锰钢，虽然其强塑积大于30GPa％，但其强度却低于1000MPa级，且增加的生产成本。
公开号为CN 104651734 A的专利文件中介绍了1000MPa级高强度高塑性含铝中锰钢及其制备方法。其强度仅仅达到1000MPa,但其强塑积却低于30GPa％，且其生产成本复杂难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高于1400MPa级且强塑积高于30GPa％的含铜纳米相强化中锰钢。本发明的目的还在于提供一种含铜纳米相强化中锰钢的制备方法。
本发明的含铜纳米相强化中锰钢的化学成分和质量百分比含量为：Mn：6～14％、Cu：0.5～4％、Ni：2～8％、Al：0.1～1.5％、Mo：1.0～1.5％、Nb：0.04～0.1％、Ti：0.03～0.1％、W：0.8～1.5％、C：0.02-0.08％、Si：0.4～1.0％，余量为铁和不可避免的杂质元素。
本发明的含铜纳米相强化中锰钢的优选化学成分和质量百分比含量为：Mn：8～10％、Cu：1～3％、Ni：3～5％、Al：0.8～1.2％、Mo：1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ti：0.08～0.1％、W：1.0～1.5％、C：0.02-0.08％、Si：0.4～1.0％，余量为铁和不可避免的杂质元素。
本发明的含铜纳米相强化中锰钢的制备方法为：
(1)在超高真空氩气保护电弧熔炼炉中进行熔炼，吸铸成棒材，铸件在充满循环水的铜模中快速冷却得到铸态合金铸坯；
(2)铸坯在900℃～1050℃温度下加热0.5-1.0小时后，进行多道次轧制，每道次的开轧温度为1000℃～1050℃、终轧温度为850℃～950℃，每道次轧下量为5％-20％，每道次间在900℃退火5～15分钟，最终厚度为2～3mm；
(3)固溶处理：固溶处理温度为900～1000℃，固溶时间为0.5～2小时，冷却方式为水冷；
(4)时效处理：固溶处理后时效处理的温度为500～600℃，时效时间为5～300min。
本发明的含铜纳米相强化中锰钢的制备方法还可以包括：
1、所述熔炼进行5～8次，且熔炼过程中添加磁搅拌；所述吸铸成棒材是吸铸成直径为10～20mm的圆柱棒材。
2、所述进行多道次轧制是进行5～10道次。
本发明通过在铁素体中形成合理数量和尺寸配比的纳米相来强化合金，并且形成残余奥氏体来提供良好塑性。创新性开发了强度高于1400MPa级且强塑积高于30GPa％的中锰钢。
本发明通过在中锰钢中添加0.5～4％Cu元素，配合Mn、Ni和Al元素，形成残余奥氏体的同时也引入了纳米级别的析出相。这些纳米相形成了由富含Cu元素为核心并被B2-有序结构Ni(Al,Mn)相包围的层级结构，与基体相形成共格关系，形状为球形且其尺寸为1～10nm。纳米相分布于铁素体当中，而残余奥氏体中不存在纳米相。变形过程中，在铁素体中的位错通过切过纳米相进行向前滑移，进而可以在一定程度上阻碍位错运动。切过有序沉淀纳米相会产生反相畴界，使得系统能量升高，则生成有序强化；由于沉淀相与基体相弹性模量存在差异，使得位错切过纳米相后自身能量发生变化而产生模量；位错切过纳米相相后会生成新的界面，从而引起了化学强化。当位错切过纳米相会使得沉淀相产生错配，引起应力场与位错相互作用从而产生共格强化。引起的这四种强化机制，会有效提高中锰钢的强度。而无纳米相的残余奥氏体，在变形过程中会提高材料塑性。这样使得这种含铜纳米相强化中锰钢既拥有了较高的强度也有着良好塑性，因此其强塑积可达到30GPa％以上。
本发明钢强塑积高，工艺可控性强，符合第三代汽车用钢设计要求，且容易实现工业化生产。
附图说明
图1(a)为实施例固溶1小时的金相照片。
图1(b)为实施例时效0.5小时的金相照片。
图2(a)为小角中子散射测试各个时效时间纳米相拟合曲线图。
图2(b)为小角中子散射测试各个时效时间纳米相尺寸和数量密度变化图。
图3为实施例固溶和时效各个时间段铁素体和残余奥氏体硬度变化曲线。
图4为实施例固溶1小时和时效0.5小时的力学性能曲线对比。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
该实施例的化学成分(质量百分比)为：Mn：9％Cu：2.5％Ni：4％Al：1％Mo：1.5％Nb：0.05％Ti：0.1％W：1.5％C：0.08％Si：0.5％Fe：余量。
该实施例的制造工艺如下：
(1)熔炼：按照本发明合金元素设计成分及重量百分比进行称重配料后，在超高真空氩气保护电弧熔炼炉中进行，6次熔炼并添加磁搅拌混合均匀，吸铸成尺寸为20mm的棒材，铸件在充满循环水的铜模中快速冷却得到铸态合金。进入下一步待用；
(2)钢锭加热温度为900℃，加热时间为0.5小时，进行8道次轧制，每道次开轧温度为1000℃、终轧温度为850℃，每道次轧下量为5％，每道次间在900℃退火5分钟；
(3)热处理为固溶处理和时效处理，固溶温度为900℃，保温时间1小时，时效温度为500℃，保温时间为0.5小时。
经过固溶处理1小时后的含铜纳米相强化中锰钢，显微结构为多边形铁素体和少量残余奥氏体(见图1(a))。时效处理0.5h后的含铜纳米相强化中锰钢，显微结构为条状铁素体和条状残余奥氏体(见图1(b))。图2(a)为小角中子散射测试中锰钢时效各个时间拟合曲线，图2(b)为拟合后得到的纳米相尺寸和数量密度随时效时间的变化曲线。随时效时间的延长，纳米相颗粒尺寸逐渐增加，到达50小时尺寸最大为5.8nm，数量密度却逐渐下降。这表明纳米相的形成以及随着时间延长逐渐长大和粗化的现象。对比时效0.5小时与固溶1小时的显微结构，可以发现时效过程不仅仅形成了纳米相，而且残余奥氏体的含量也在逐渐增加。从图3硬度变化曲线可以看出，铁素体硬度随时效逐渐发生变化，而残余奥氏体几乎不变。这表明纳米相形成于铁素体中，而残余奥氏体中无纳米相。固溶1小时和时效0.5小时的力学性能见图3，可以看出固溶1小时其抗拉强度为1050MPa,断后延伸率为25％。而时效0.5小时后其抗拉强度达到了1440MPa,断后延伸率为28％，强塑积为40GPa％。因此，拥有纳米相的铁素体与无纳米相的残余奥氏体相结合，既提高中锰钢的强度也保证了良好塑性。

Claims (5)

1.一种含铜纳米相强化中锰钢，其特征是采用下面的制备方法制备所得到的化学成分和质量百分比含量为：Mn：6～14％、Cu：0.5～4％、Ni：2～8％、Al：0.1～1.5％、Mo：1.0～1.5％、Nb：0.04～0.1％、Ti：0.03～0.1％、W：0.8～1.5％、C：0.02-0.08％、Si：0.4～1.0％，余量为铁和不可避免的杂质元素的含铜纳米相强化中锰钢，所述制备方法为：
(1)在超高真空氩气保护电弧熔炼炉中进行熔炼，吸铸成棒材，铸件在充满循环水的铜模中快速冷却得到铸态合金铸坯；
(2)铸坯在900℃～1050℃温度下加热0.5-1.0小时后，进行多道次轧制，每道次的开轧温度为1000℃～1050℃、终轧温度为850℃～950℃，每道次轧下量为5％-20％，每道次间在900℃退火5～15分钟，最终厚度为2～3mm；
(3)固溶处理：固溶处理温度为900～1000℃，固溶时间为0.5～2小时，冷却方式为水冷；
(4)时效处理：固溶处理后时效处理的温度为500～600℃，时效时间为5～300min。
2.根据权利要求1所述的含铜纳米相强化中锰钢，其特征是化学成分和质量百分比含量为：Mn：8～10％、Cu：1～3％、Ni：3～5％、Al：0.8～1.2％、Mo：1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ti：0.08～0.1％、W：1.0～1.5％、C：0.02-0.08％、Si：0.4～1.0％，余量为铁和不可避免的杂质元素。
3.一种权利要求1所述的含铜纳米相强化中锰钢的制备方法，其特征是：
(1)在超高真空氩气保护电弧熔炼炉中进行熔炼，吸铸成棒材，铸件在充满循环水的铜模中快速冷却得到铸态合金铸坯；
(2)铸坯在900℃～1050℃温度下加热0.5-1.0小时后，进行多道次轧制，每道次的开轧温度为1000℃～1050℃、终轧温度为850℃～950℃，每道次轧下量为5％-20％，每道次间在900℃退火5～15分钟，最终厚度为2～3mm；
(3)固溶处理：固溶处理温度为900～1000℃，固溶时间为0.5～2小时，冷却方式为水冷；
(4)时效处理：固溶处理后时效处理的温度为500～600℃，时效时间为5～300min。
4.根据权利要求3所述的含铜纳米相强化中锰钢的制备方法，其特征是：所述熔炼进行5～8次，且熔炼过程中添加磁搅拌；所述吸铸成棒材是吸铸成直径为10～20mm的圆柱棒材。
5.根据权利要求3或4所述的含铜纳米相强化中锰钢的制备方法，其特征是：所述进行多道次轧制是进行5～10道次。
CN201710057125.1A 2017-01-23 2017-01-23 一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法 Active CN106834942B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710057125.1A CN106834942B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710057125.1A CN106834942B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106834942A CN106834942A (zh) 2017-06-13
CN106834942B true CN106834942B (zh) 2018-08-31

Family

ID=59121846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710057125.1A Active CN106834942B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106834942B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699803B (zh) * 2017-09-29 2019-06-04 上海交通大学 一种超低碳低温用钢及其热处理工艺
CN110066955B (zh) * 2019-05-24 2021-03-16 东北大学 一种孪生诱导塑性钢及其制备方法
CN111575596B (zh) * 2019-10-15 2021-11-09 哈尔滨工程大学 一种耐辐照含Cu纳米团簇强化高强度低合金钢及其制备方法
CN112662932B (zh) * 2019-10-15 2022-03-04 中国石油化工股份有限公司 一种twip钢及其制备方法
CN110592326B (zh) * 2019-10-17 2021-05-07 北京科技大学 一种超细晶钢及工业化制备方法
CN115927972B (zh) * 2022-12-05 2024-01-30 襄阳金耐特机械股份有限公司 一种奥氏体耐热不锈钢

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100432269C (zh) * 2003-10-17 2008-11-12 安泰科技股份有限公司 块体铁基非晶合金
CN105177425B (zh) * 2015-09-26 2017-06-20 哈尔滨工程大学 一种含铜纳米相强化低合金钢及其制备方法
CN106086648B (zh) * 2016-07-22 2017-10-24 大连理工大学 一种实现具有trip效应的中锰钢件性能梯度分布的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106834942A (zh) 2017-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106834942B (zh) 一种含铜纳米相强化中锰钢及其制备方法
CN113278896B (zh) 一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法
KR101838424B1 (ko) 후육 고인성 고장력 강판 및 그 제조 방법
CN101153370B (zh) 一种可大线能量焊接的低合金高强度钢板及其制造方法
CN104195458B (zh) 一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法
CN107779746B (zh) 超高强度高韧性耐蚀耐氧化超细晶合金钢及其制备方法
WO2012055223A1 (zh) 一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法
WO2008007572A1 (fr) PLAQUE EN ACIER INOXYDABLE EN AUSTÉNITE ROULÉE AYANT UNE ÉPAISSEUR SUPÉRIEURE OU ÉGALE À 100 mm ET PROCÉDÉ DE PRODUCTION DE CELLE-CI
CN103534365A (zh) 热轧钢板材及相关制造方法
CN106148660A (zh) 一种变形晶粒/部分再结晶组织孪生诱发塑性钢的制备方法
CN102828109A (zh) 一种亚稳态相变增塑的超细晶高强塑积钢及其生产方法
CN106756567B (zh) 一种强塑积≥40GPa·％的热轧低密度钢的制备方法
CN107109561A (zh) 材质均匀性优良的厚壁高韧性高张力钢板及其制造方法
CN107208212A (zh) 厚壁高韧性高强度钢板及其制造方法
CN105970099B (zh) 一种含Cu止裂钢及其制备方法
Jiao et al. Effect of high nitrogen addition on microstructure and mechanical properties of as-cast M42 high speed steel
CN104561802A (zh) 一种高硬度高韧性冷作模具钢及其制备方法
CN110306127A (zh) 一种超高强度高韧性合金钢及其制备方法
CN106917055B (zh) 一种第三代高强韧汽车用钢及其制备方法
HRP20131132T1 (hr) Kovani valjak prema zahtjevima industrije hladnog valjanja i postupak proizvodnje takvog valjka
CN110066955A (zh) 一种孪生诱导塑性钢及其制备方法
CN107858602A (zh) 一种高韧性奥氏体型高锰钢板及其生产方法
Bai et al. Effect of Nb content on the stacking fault energy, microstructure and mechanical properties of Fe-25Mn-9Al-8Ni-1C alloy
CN102978541A (zh) 形状记忆晶相强韧化Ti基非晶复合材料及其制备方法
CN105483562A (zh) 一种高抗弯强韧模具钢及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant