CN116083699B - 一种性能可调控twip钢及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料轧制技术领域,涉及一种性能可调控TWIP钢及其制备工艺,取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,温轧后的钢板切割成圆盘试样,通过控制高压扭转工艺对TWIP钢板圆盘试样进行高压扭转处理,可以获得性能可调控TWIP钢,所述TWIP钢的显微硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm,本发明简单易操作,便于不同工业需求的TWIP钢的制备。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料轧制技术领域,具体为一种性能可调控TWIP钢及其制备工艺。
背景技术
传统的高锰奥氏体钢因具有优良的力学性能,应用较为广泛。而在高锰奥氏体钢的基础上添加C、Al、Si等合金元素获得的新一代TWIP钢则具有更高的强度和更好的成型性。TWIP钢在常规塑性变形过程中,内部产生大量形变孪晶,从而使材料获得了高的应变硬化率、大的均匀伸长率和高极限的抗拉强度。而TWIP钢在剧烈应变条件下的组织性能演变规律尚不明晰,因此探究高压扭转过程中TWIP钢的组织演变对于材料的加工具有重要的实际意义。
高压扭转是同时使用纵向压缩和横向扭转来施加大的应变,从而达到细化晶粒增强材料强度的技术。不管是等通道转角挤压还是累计轧制,他们从材料受力角度上来看,要么是纯剪切力要么是单向压力,而高压扭转结合了剪切力与单向压力,可以使材料受力更复杂,应变累积更快,更容易获得巨大的应变量,使金属材料能够细化至纳米级别,从而极大优化材料的物理化学性能,但是如何在大应变下(如高压扭转等)调控TWIP钢的性能以满足不同的工业需求还有待进一步的研究。
发明内容
为解决现有技术存在的问题,本发明的主要目的是提出一种性能可调控TWIP钢及其制备工艺。
为解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,所述TWIP钢为Fe-24Mn-0.05C-2Al-1Si钢;
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧;
S4.温轧后的钢板切割成圆盘试样;
S5.对圆盘试样进行高压扭转,高压扭转的压力为7.0~8.0GPa,等效应变εeq为5~110。
作为本发明所述的一种性能可调控TWIP钢的制备工艺的优选方案,其中:所述步骤S1中,均质温度为1200℃,均质时间为2h。
作为本发明所述的一种性能可调控TWIP钢的制备工艺的优选方案,其中:所述步骤S2中,热轧后钢板厚度为3mm。
作为本发明所述的一种性能可调控TWIP钢的制备工艺的优选方案,其中:所述步骤S3中,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min。
作为本发明所述的一种性能可调控TWIP钢的制备工艺的优选方案,其中:所述步骤S4中,圆盘试样的直径为5~10mm。
为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种性能可调控TWIP钢,采用上述性能可调控TWIP钢的制备工艺制备得到。
作为本发明所述的一种性能可调控TWIP钢的优选方案,其中:所述TWIP钢的硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm。
本发明的有益效果如下:
本发明提出一种性能可调控TWIP钢及其制备工艺,取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,温轧后的钢板切割成圆盘试样,通过控制高压扭转工艺对TWIP钢板圆盘试样进行高压扭转处理,可以获得性能可调控TWIP钢,所述TWIP钢的显微硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm,本发明简单易操作,便于不同工业需求的TWIP钢的制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明TWIP钢与等效应变的关系图;
图2为本发明实施例1的TWIP钢的TEM图;
图3为本发明对比例1的TWIP钢的TEM图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的主要目的是提出一种性能可调控TWIP钢及其制备工艺,取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,温轧后的钢板切割成圆盘试样,通过控制高压扭转工艺对TWIP钢板圆盘试样进行高压扭转处理,圆盘试样同时受到高压力和扭转剪切力的作用,应变的累积更快,能够更有效的将晶粒快速细化至纳米级别,同时由于静水压力的作用,可以不破坏材料的前提下施加极大的应变,甚至可以使材料的性能达到饱和的稳定状态;如图1所示,在低等效应变εeq<10时,材料的应变硬化率非常高,硬度从温轧的305HV快速增加到470HV左右,这主要是由于高压力与剪切力的施加,造成位错急剧增殖,使得材料的硬度迅速增加;当等效应变εeq在10~110时,硬度呈现先增加后减少的趋势;在中等效应变εeq为10~55时,硬度的增加变得比较缓慢,从470HV至500HV,该阶段对应于微观组织的孪晶形成阶段,说明在大的应变下,孪晶对强度的贡献比较有限;在高等效应变εeq>55时,材料发生去孪晶和动态再结晶软化,硬度从500HV下降至455HV,最终晶粒的长大与细化保持动态平衡,当等效应变εeq>110时,TWIP钢达到稳态,硬度不再随等效应变的增加而发生明显的变化。本发明可以获得性能可调控TWIP钢,所述TWIP钢的硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm,本发明简单易操作,便于不同的工业需求TWIP钢的制备。
当等效应变较小时,形变孪晶产生的数量较少,将晶粒分割成了比较大的块状结构,晶粒内部位错密度较高,还没有在晶界累积形成高密度位错区。随着等效应变增加,位错逐渐在晶界累积形成高密度位错区,高密度位错造成的应力集中可以开动相邻晶粒不全位错的滑移使其发生孪生,并且由于高密度区间大,可开动的位置多,因此形成了密集的薄片状孪晶结构。当等效应变进一步增加,孪晶的数量进一步增加,孪晶的厚度有一定的减小,孪晶的宽度也相应增加,说明应变的增加促进了孪生。当等效应变比较大时,在一些非常细小的晶粒中也生成了孪晶,这是由于该位置具有非常大的位错密度和应力,使得细小的晶粒也形成了孪晶。随着应变的增加,孪晶的数量增加,厚度减少,孪晶宽度增加,并且当达到一定应变时,甚至可以使得细小的晶粒形成孪晶。
根据本发明的一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,所述TWIP钢为Fe-24Mn-0.05C-2Al-1Si钢;所述Fe-24Mn-0.05C-2Al-1Si钢的化学成分质量百分比为:C 0.05wt%、Si 1wt%、Mn24wt%,Al 2wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧;
S4.温轧后的钢板切割成圆盘试样;
S5.对圆盘试样进行高压扭转,高压扭转的压力为7.0~8.0GPa,等效应变εeq为5~110,在常温下进行即可。
优选的,所述步骤S1中,均质温度为1200℃,均质时间为2h。
优选的,所述步骤S2中,热轧后钢板厚度为3mm。
优选的,所述步骤S3中,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min。
优选的,所述步骤S4中,圆盘试样的直径为5~10mm。取温轧后的钢板在电火花线切割机上进行切割,切割成直径为5~10mm的圆盘试样,由于线切割过程中电火花和冷却液对TWIP钢的腐蚀作用,使得圆盘试样表面被氧化,将圆盘试样打磨抛光后,最终获得直径为5~10mm,厚度约为1mm的平坦光滑圆盘试样。具体的,所述圆盘试样的直径可以为例如但不限于5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm中的任意一者或任意两者之间的范围。
根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种性能可调控TWIP钢,采用上述性能可调控TWIP钢的制备工艺制备得到。
作为本发明所述的一种性能可调控TWIP钢的优选方案,其中:所述TWIP钢的显微硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm。
以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
各实施例采用的TWIP钢在容量为50kg的感应熔炼炉内进行冶炼,完全融化后在熔炼炉中均匀化约10min后进行浇铸,钢锭采用直读光谱法进行成分检测,其化学成分如表1所示。
表1 各实施例TWIP钢的化学成分(wt%)
实施例1
本实施例提供一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质温度为1200℃,均质时间为2h;
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后钢板厚度为3mm;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min;
S4.温轧后的钢板切割、打磨、抛光成直径为8mm、厚度为1mm的平坦光滑圆盘试样;
S5.对圆盘试样进行高压扭转,高压扭转的压力为7.5GPa,等效应变εeq为55。
实施例2
本实施例提供一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质温度为1200℃,均质时间为2h;
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后钢板厚度为3mm;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min;
S4.温轧后的钢板切割、打磨、抛光成直径为8mm、厚度为1mm的平坦光滑圆盘试样;
S5.对圆盘试样进行高压扭转,高压扭转的压力为7.5GPa,等效应变εeq为110。
实施例3
本实施例提供一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质温度为1200℃,均质时间为2h;
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后钢板厚度为3mm;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min;
S4.温轧后的钢板切割、打磨、抛光成直径为8mm、厚度为1mm的平坦光滑圆盘试样;
S5.对圆盘试样进行高压扭转,高压扭转的压力为7.5GPa,等效应变εeq为10。
对比例1
本实施例提供一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,均质温度为1200℃,均质时间为2h;
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃,热轧后钢板厚度为3mm;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min。
由本发明各实施例和对比例可以看出,TWIP钢温轧处理后(对比例1)为单相奥氏体组织,其平均晶粒尺寸约2μm(如图3所示),硬度为305HV,晶粒内未观察到形变孪晶;高压扭转过程中,晶粒尺寸会减小,从温轧态的2μm减小到了例如实施例1的45nm(如图2所示),实施例1的TWIP钢的硬度为500HV。本发明可以获得性能可调控TWIP钢,所述TWIP钢的硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm,本发明简单易操作,便于不同的工业需求TWIP钢的制备。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种性能可调控TWIP钢的制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
S1.取开坯后的TWIP钢板进行均质处理,所述TWIP钢为Fe-24Mn-0.05C-2Al-1Si钢;
S2.均质后的钢板进行热轧,始轧温度1150℃,终轧温度900℃;
S3.热轧后的钢板在650℃保温20min后进行温轧;
S4.温轧后的钢板切割成圆盘试样;
S5.对圆盘试样进行高压扭转,高压扭转的压力为7.0~8.0GPa,等效应变εeq为5~110。
2.根据权利要求1所述的性能可调控TWIP钢的制备工艺,其特征在于,所述步骤S1中,均质温度为1200℃,均质时间为2h。
3.根据权利要求1所述的性能可调控TWIP钢的制备工艺,其特征在于,所述步骤S2中,热轧后钢板厚度为3mm。
4.根据权利要求1所述的性能可调控TWIP钢的制备工艺,其特征在于,所述步骤S3中,经3道次温轧至1.5mm,每道次温轧后钢板在650℃保温10min。
5.根据权利要求1所述的性能可调控TWIP钢的制备工艺,其特征在于,所述步骤S4中,圆盘试样的直径为5~10mm。
6.一种性能可调控TWIP钢,其特征在于,采用权利要求1-5任一项所述的性能可调控TWIP钢的制备工艺制备得到。
7.根据权利要求6所述的性能可调控TWIP钢,其特征在于,所述TWIP钢的硬度调控范围为455~500HV,晶粒尺寸调控范围为30~80nm。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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