CN116640996A - 一种超高强马氏体钢板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超高强度钢及其加工技术领域，公开一种超高强马氏体钢板材及其制备方法，方法包括：按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。本发明制备的马氏体钢板材具有高硬度、高强度同时具备较高塑性，此外还具有成本低、节约资源和性能优异的优势。

Description

一种超高强马氏体钢板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及超高强度钢及其加工技术领域，特别涉及一种超高强马氏体钢板材及其制备方法。

背景技术

超高强度马氏体钢材因其极高的强度和优异的塑性，一直是工业领域中被广泛应用的重要结构材料，尤其是重型机械、高速铁路、航空航天等交通行业和重大国防装备行业对高强马氏体钢的需求日益剧增。而且因其相对便宜的价格和简单的加工制造工艺，使得高强马氏体钢在资源相对匮乏、环境压力不断增大的今天具有更加广阔的应用前景。

在提高其强度的同时并保留良好的塑性，一直是高强马氏体钢等结构材料性能优化的方向，另外所选用钢铁材料中添加的合金元素成本以及制备方法的大规模工业化生产成本也是需要考虑的重要因素。

在现有的技术中，经过各种物理作用特殊处理的材料，往往高塑性和高强度难以兼得，目前可以通过添加昂贵合金元素或者采用复杂的生产加工工艺在一定程度上保留马氏体钢的良好强塑性，但从工业应用及环保角度上是不可取的。而细晶强化是同时提升材料强度和塑性的有效手段，研究发现，中温强变形处理一方面能够在亚稳态奥氏体中引入高密度位错为碳化物的析出提供足量形核位点，从而将位错和碳化物直接遗传给相变后的马氏体组织；另一方面又能够充分细化亚稳态奥氏体晶粒，从而进一步细化相变后的马氏体组织。

然而，目前采用大变形中温轧制工艺技术制备超高强马氏体钢主要采用的是大变形中温轧制+后续回火处理工艺，借助细晶强化和析出强化来提高马氏体钢的强度，而位错强化的作用在回火过程中大大削弱；或者在马氏体钢中添加大量合金元素促进在中温轧制过程中析出相的产生，虽然极大程度保留了析出强化和位错强化的作用，但合金元素的添加导致其成本的大幅度增加也不利于大规模工业生产。

发明内容

本发明实施例提供了一种超高强马氏体钢板材及其制备方法，以解决现有技术中的上述技术问题。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种超高强马氏体钢板材。

在一个实施例中，所述超高强马氏体钢板材的合金元素的化学成分组成及质量百分含量为：

C≤0.35％，Si:0.3～0.4％，Mn:1.0～1.4％，P:0.005～0.01％，S:0.02～0.03％，Cr:0.1～0.2％，Ni:0.05～0.1％，Mo:0.01～0.03％，Cu:0.01～0.02％，Al:0.01～0.02％，V:0.01～0.03％，Ti:0.01～0.02％，B≤0.0005％，其余成分为Fe元素。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种超高强马氏体钢板材的制备方法。

在一个实施例中，所述超高强马氏体钢板材的制备方法包括：

按照预定质量百分比含量配比合金，并对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；并对得到的铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；

对得到的板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对获得的第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对获得的第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；

将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。

可选的，在对配比后的合金进行熔炼时，C元素之外的合金元素百分比含量小于或等于2.5wt.％。

可选的，在对配比后的合金进行熔炼时，通过真空电弧炉进行均匀搅动熔炼。

优选的，在对得到的铸锭进行均匀化处理时，均匀化处理温度为1200℃，均匀化处理可使铸锭的合金成分充分均匀化。

在一个实施例中，对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯时，将均匀化处理后的铸锭在真空或氩气保护气氛热炉中，加热至1150～1250℃并进行保温处理，在保温处理后，空冷或炉冷至室温，其中，保温处理时间大于或等于2h；在温度降至室温后，将铸锭重新加热至1150℃后进行连续多向高温锻造，将铸锭锻造成板坯。

可选的，所述板坯厚度小于或等于50mm，且在连续多向高温锻造时，锻压比≥5，开锻温度大于或等于1100℃，终锻温度大于或等于1050℃，高温锻造可以消除铸锭的柱状晶并初步细化铸锭的晶粒尺寸。

优选的，终锻温度为1050℃，板坯厚度35mm。

在一个实施例中，对得到的板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材时，将得到的板坯在真空或者氩气保护气氛热炉中加热至1000～1050℃并进行2～4h的保温处理，随后进行高温热轧处理；在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；

在一个实施例中，所述高温热轧处理的开轧温度大于或等于1000℃，终轧温度大于或等于900℃，累计变形量大于50％，第一半成品板材的厚度为20～30mm。

优选的，热炉为氩气保护气氛热炉，加热温度为1050℃，保温时间为3h，1000℃以上多道次热轧的累计变形量为60％，终轧温度为900℃，热轧板材最终厚度为25mm。借助于热轧过程中发生的动态回复和再结晶，不仅能消除材料内部的残余应力，而且可使组织进一步均匀化、晶粒进一步细化。

在一个实施例中，对获得的第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材时，将第一半成品板材重新加热至900～930℃并进行1～2h的保温处理，随后空冷至700～800℃，进行3～5道次大变形连续对称温轧处理，得到第二半成品板材。在该实施例中，采用中温轧制可防止变形的亚稳态奥氏体晶粒再次发生回复再结晶。

在一个实施例中，所述大变形连续对称温轧处理的轧制时间为30s，累计变形量为70％-80％，终轧温度大于或等于650℃，且在大变形连续对称轧制处理时，轧辊的直径和转速均相同，对称轧制的单道次轧下量大于或等于15％。

优选的，在多道次大变形连续对称温轧处理时，将板材重新加热在920℃下保温1.5h，随后将板材空冷至750℃开始轧制，终轧温度为680℃。

优选的，大变形连续对称温轧处理为3道次，且在3道次大变形连续对称温轧处理时，每道次轧制后的变形率分别为40％、60％、75％，轧制时间小于或等于25s。采用大变形少道次温轧工艺可减少温轧时间，防止亚稳态奥氏体发生铁素体或珠光体等相变。

在一个实施例中，对获得第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材时，将第二半成品板材进行2～3道次大变形连续非对称温轧处理，开轧温度为630～680℃，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5:1，非对称轧制的轧总压下量大于或等于15％，终轧温度大于或等于600℃，轧制时长小于或等于20s，轧制完成后获得第三半成品板材。在该实施例中，同样的，采用中温轧制可防止变形的亚稳态奥氏体晶粒再次发生回复再结晶。

优选的，开轧温度650℃，终轧温度为600℃。

在一个实施例中，大变形连续非对称温轧处理为2道次，且第一道次下压量为15％，第二道次下压量为8％，轧制时间为10s，可防止温轧时间过长，亚稳态奥氏体发生铁素体或珠光体等相变。

在一个实施例中，所述超高强马氏体钢板材的含碳量为小于或等于0.35wt.％，合金含量小于或等于2.5wt.％。

在一个实施例中，所述超高强马氏体钢板材的屈服强度大于或等于2100MPa，抗拉强度大于或等于2600MPa，硬度大于或等于700HV，断裂延伸率大于或等于5％。

在一个实施例中，所得制备的马氏体钢板的组织为：纳米级原奥片层转变的超细马氏体板条加原奥片层间分布的少量残余奥氏体加纳米析出相，所述的纳米析出相为Fe、Cr、Mo或V的碳化物，且析出相尺寸不大于10nm，均匀弥散地分布在马氏体片层内以及片层界面处。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.相对于现有技术，本发明方法制备的高强马氏体钢板材晶粒尺寸细小，结构为纳米级原奥片层转变的超细马氏体板条，且在原奥片层间存在残余奥氏体相，同时在马氏体基体及界面处均匀弥散分布有高数量密度的纳米碳化物，因此具有优异的综合力学性能，其屈服强度不小于2100MPa，抗拉强度不小于2600MPa，硬度不小于700HV，断裂延伸率不小于5％。

2.本发明所采用的材料为常规普通中碳低合金钢，其碳元素的质量百分比不大于0.35％，其余合金元素的质量百分比含量严格控制在2.5％以内，且没有昂贵的合金元素，极大降低了高强马氏体钢的原料成本，非常适合用以制备工业用超高强度马氏体钢板材。

3.本发明制备方法中主要采用中温大变形轧制，包括中温对称轧制及中温不对称轧制处理。第一方面中温轧制可以抑制变形后的亚稳态奥氏体晶粒的再结晶长大，从而充分细化相变后的马氏体组织，利用细晶强化来提高了材料的强度和塑韧性。第二方面本发明减少了后续回火热处理工艺，充分保留了轧制变形过程中位错强化对屈服强度的贡献；第三方面，大变形温轧过程在亚稳态奥氏体中引入了高数量密度的纳米碳化物并直接遗传给相变后的马氏体，碳化物均匀弥散分布在马氏体基体及界面处，充分利用了析出强化的作用；最后整个制备工艺过程简单高效、易于操作，且不需要专门设计模具和设备改进，均采用常规工业化生产设备，显著降低了能耗，节约了成本，非常适合大规模制备工业用高强马氏体钢板。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的未经强变形对称/非对称中温连续轧制的粗大等轴原奥晶转变的马氏体钢SEM电镜组织照片；

图2是根据一示例性实施例示出的超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢透射电镜组织照片；

图3是根据一示例性实施例示出的超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢中的析出相透射电镜组织照片；

图4是根据一示例性实施例示出的超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材的拉伸力学性能曲线。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

应该理解的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼：合金的化学成分质量百分比为：C≤0.35％，Si:0.3～0.4％，Mn:1.0～1.4％，P:0.005～0.01％，S:0.02～0.03％，Cr:0.1～0.2％，Ni:0.05～0.1％，Mo:0.01～0.03％，Cu:0.01～0.02％，Al:0.01～0.02％，V:0.01～0.03％，Ti:0.01～0.02％，(B含量控制在0.0005％以下)，其余成分为Fe元素；将碳元素之外的合金元素百分含量控制在2.5wt.％以下，按照上述成分进行配料并在真空感应炉中均匀搅动熔炼，浇铸成铸锭；

(2)均匀化处理及高温锻造：经步骤(1)处理得到的铸锭进行均匀化处理以消除成分偏析，将铸锭在真空或氩气保护气氛热炉中加热至1150～1250℃并进行不小于2h的保温处理，随后空冷或炉冷至室温，随后将铸锭重新加热至1150℃后进行连续多向高温锻造，开锻温度不低于1100℃，终锻温度不低于1050℃，将铸锭锻造成厚度不高于50mm的板坯；

(3)高温热轧处理：经步骤(2)处理后得到的板坯在真空或者氩气保护气氛热炉中加热至1000～1050℃下并保温2～4h，随后进行高温热轧处理，开轧温度不低于1000℃，终轧温度不低于900℃，累计变形量大于50％，将板坯轧制成20～30mm厚的板材，轧后水冷至室温，获得第一半成品板材；

(4)强变形对称中温连续轧制：经步骤(3)处理后得到的第一半成品板材重新加热至900～930℃，保温1～2h，随后空冷至700～800℃，进行3～5多道次大变形连续对称温轧处理，累计变形量在70％-80％之间，终轧温度不低于650℃。轧辊的直径和转速均相同，对称轧制的单道次轧下量不低于15％，轧制时间控制在30s内完成，得到第二半成品板材；

(5)强变形非对称中温连续轧制：经步骤(4)处理后得到的第二半成品板材进行2～3道次大变形连续非对称温轧处理，轧辊初始温度为步骤(4)对称中温连续轧制后的板材实际温度，控制在630～680℃之间，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5:1，非对称轧制的轧总压下量不低于15％，终轧温度不低于600℃，轧制时长控制在20s内，轧制完成后获得第三半成品板材；

(6)变形后水冷处理：经步骤(5)处理后的第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材。

大变形温轧后的高强马氏体钢的透射电镜照片见附图2，粗大等轴原奥晶粒经大变形温轧后转变为超细原奥片层，水冷后获得超细层片状马氏体组织，且在马氏体片层间分布纳米残余奥氏体条。在马氏体基体内部及界面处分布大量纳米碳化物，见附图3。制备的高强马氏体板材典型工程应力应变曲线如附图4所示，其屈服强度超过2100MPa，抗拉强度超过2600MPa，断裂延伸率大于5％。

实施例2

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，与实施例1不同的是本实施例最后将淬火处理后的板材进行低温回火处理，获得超高强马氏体钢板材。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼同实例1步骤(1)；

(2)均匀化处理及开坯同实例1步骤(2)；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制处理同实例1步骤(4)；

(5)强变形非对称中温连续轧制同实例1步骤(5)；

(6)变形后水冷处理同实例1步骤(6)；

(7)将步骤(6)制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材进行低温时效处理，加热温度为150℃，保温时间1h。

在该实施例中，利用低温时效处理进一步增加纳米析出相的数量密度，同时消除因大变形带来的残余应力，从而制备高强韧中碳低合金马氏体钢板材，制备的板材其屈服强度为1900MPa，抗拉强度为2500MPa，断裂延伸率接近10％。

实施例3

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。与实施例1不同的是本实施例调整了步骤(4)强变形对称中温连续轧制，将轧制变形量增大至90％，将轧制总时长延长为40s。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼同实例1步骤(1)；

(2)均匀化处理及开坯同实例1步骤(2)；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制：经步骤(3)处理后得到的第一半成品板材重新加热至900～930℃，保温1～2h，随后空冷至700～800℃，进行5道次大变形连续对称温轧处理，累计变形量大于90％，终轧温度不低于600℃。轧辊的直径和转速均相同，其中每道次轧制后的变形率分别为50％、65％、78％、87％和92％，5道次轧制时间控制在40s内完成，得到第二半成品板材；

(5)强变形非对称中温连续轧制同实例1步骤(5)；

(6)变形后水冷处理同实例1步骤(6)；

制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材得屈服强度为2000MPa，抗拉强度为2500MPa，断裂延伸率为5％左右。

实施例4

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。与实施例1不同的是本实施例调整了步骤(4)强变形对称中温连续轧制，减少了轧制道次，增大了每道次压下量。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼同实例1步骤(1)；

(2)均匀化处理及开坯同实例1步骤(2)；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制：经步骤(3)处理后得到的第一半成品板材重新加热至900～930℃，保温1～2h，随后空冷至700～800℃，进行4道次大变形连续对称温轧处理，累计变形量大于90％，终轧温度不低于600℃。轧辊的直径和转速均相同，其中每道次轧制后的变形率分别为60％、70％、78％、87％和93％，4道次轧制时间控制在40s内完成，得到第二半成品板材；

(5)强变形非对称中温连续轧制同实例1步骤(5)；

(6)变形后水冷处理同实例1步骤(6)；

制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材得屈服强度为2100MPa，抗拉强度为2300MPa，断裂延伸率为4.5％左右。

实施例5

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。与实施例1不同的是本实施例调整了步骤(2)均匀化处理及开坯处理，缩短了均匀化热处理时间，一定程度上减小了晶粒长大的尺寸。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼同实例1步骤(1)；

(2)均匀化处理及开坯处理：步骤(1)得到的铸锭在1150～1250℃进行均匀化处理，保温时间缩短为1h，冷却方式为空冷，获得组织均质的铸坯，此处缩短了均匀化处理的时间，一定程度上减小了晶粒长大的尺寸，随后进行高温锻造，开锻温度不低于1100℃，连续多次墩拔，终锻温度不低于1050℃，最终锻造厚度不高于50mm的板坯；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制处理同实例1步骤(4)；

(5)强变形非对称中温连续轧制处理同实例1步骤(5)；

(6)变形后水冷处理同实例1步骤(6)；

制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材得屈服强度为2050MPa，抗拉强度为2450MPa，断裂延伸率为6％左右。

实施例6

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。与实施例1不同的是本实施例调整了步骤(1)合金熔炼，此处将碳元素的质量分数提高至0.4％。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼：合金的化学成分质量百分比为：C:0.4％，Si:0.3～0.4％，Mn:1.0～1.4％，P:0.005～0.01％，S:0.02～0.03％，Cr:0.1～0.2％，Ni:0.05～0.1％，Mo:0.01～0.03％，Cu:0.01～0.02％，Al:0.01～0.02％，V:0.01～0.03％，Ti:0.01～0.02％，(B含量控制在0.0005％以下)，其余成分为Fe元素；按照上述成分进行配料后装炉，真空感应炉中均匀搅动熔炼，浇铸成铸锭，此处将碳元素的质量分数提高至0.4％；

(2)均匀化处理及开坯同实例1步骤(2)；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制处理同实例1步骤(4)；

(5)强变形非对称中温连续轧制处理同实例1步骤(5)；

(6)变形后水冷处理同实例1步骤(6)；

制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材得屈服强度为2200MPa，抗拉强度为2800MPa，断裂延伸率为4％左右。

实施例7

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。与实施例1不同的是本实施例调整了步骤(5)强变形非对称中温连续轧制，此处将板材上下表面的轧辊的线速度比提高至为3:1。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼同实例1步骤(1)；

(2)均匀化处理及开坯同实例1步骤(2)；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制处理同实例1步骤(4)；

(5)强变形非对称中温连续轧制：经步骤(4)处理后得到的第二半成品板材进行2～3道次大变形连续非对称温轧处理，轧辊初始温度为步骤(4)对称中温连续轧制后的板材实际温度，控制在630～680℃之间，板材上下表面的轧辊的线速度比为3:1，非对称轧制的轧总压下量不低于15％，终轧温度不低于600℃，轧制时长控制在20s内，轧制完成后获得第三半成品板材；

(6)变形后水冷处理同实例1步骤(6)；

制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材得屈服强度为2100MPa，抗拉强度为2600MPa，断裂延伸率为4％左右。

实施例8

一种超高强马氏体钢板材(纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳低合金马氏体钢板材)的制备工艺，其整体技术方案为：首先按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；对铸锭进行均匀化处理，并对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；对板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。与实施例1不同的是本实施例调整了步骤(6)变形后空冷处理，此处将水冷处理改变为空冷处理。其具体步骤如下：

(1)合金熔炼同实例1步骤(1)；

(2)均匀化处理及开坯同实例1步骤(2)；

(3)高温热轧处理同实例1步骤(3)；

(4)强变形对称中温连续轧制处理同实例1步骤(4)；

(5)强变形非对称中温连续轧制同实例1步骤(5)；

(6)变形后空冷处理：经步骤(5)处理后的第三半成品板材进行空冷处理至室温后，获得纳米析出强化超细片层结构高强韧中碳(0.35wt.％)低合金(≤2.5wt.％)马氏体钢板材，制备的高强韧中碳低合金马氏体钢板材得屈服强度为2000MPa，抗拉强度为2500MPa，断裂延伸率为7％左右。

本发明以普通工业用中碳低合金钢为原料，其碳含量不大于0.35wt％，其余合金元素的质量百分比控制在2.5％以下，采用合金熔炼、均匀化处理及高温锻造、高温热轧处理、中温对称连续轧制及不对称轧制处理等普通工艺，利用90％以上的温轧过程中产生的剪切力充分细化亚稳态奥氏体组织，将粗大等轴晶原奥改造成纳米级原奥片层，随后水冷获得超细马氏体板条及残余奥氏体的复相组织，利用双相之间力学性能的差异产生背应力强化。通过该工艺制备的高强马氏体板材除具备一般大变形轧制后带来的细晶强化及位错强化优势外，另大变形温轧过程引入高密度纳米颗粒均匀弥散分布在马氏体基体内部及马氏体板条界面处，由此产生的析出强化对其屈服强度的提高也产生了重要作用，同时残余奥氏体的存在也极大提高了温轧马氏体钢的塑性，故综合力学性能优异。

本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种超高强马氏体钢板材，其特征在于，所述马氏体钢板材的合金元素的化学成分组成及质量百分含量为：

C≤0.35％，Si:0.3～0.4％，Mn:1.0～1.4％，P:0.005～0.01％，S:0.02～0.03％，Cr:0.1～0.2％，Ni:0.05～0.1％，Mo:0.01～0.03％，Cu:0.01～0.02％，Al:0.01～0.02％，V:0.01～0.03％，Ti:0.01～0.02％，B≤0.0005％，其余成分为Fe元素。

2.一种超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1所述的超高强马氏体钢板材，包括：

按照预定质量百分比含量配比合金，对配比后的合金进行熔炼并浇铸成铸锭；并对得到的铸锭进行均匀化处理，对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯；

对得到的板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材；对获得的第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材；对获得的第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材；

将第三半成品板材进行淬火处理至室温后，获得超高强马氏体钢板材。

3.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，在对配比后的合金进行熔炼时，C元素之外的合金元素百分比含量小于或等于2.5wt.％。

4.根据权利要求3所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，在对配比后的合金进行熔炼时，通过真空电弧炉进行均匀搅动熔炼。

5.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，在对得到的铸锭进行均匀化处理时，均匀化处理温度为1200℃。

6.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，对均匀化处理后的铸锭进行高温锻造，得到板坯包括：

将均匀化处理后的铸锭在真空或氩气保护气氛热炉中，加热至1150～1250℃并进行保温处理，在保温处理后，空冷或炉冷至室温，其中，保温处理时间大于或等于2h；

在温度降至室温后，将铸锭重新加热至1150℃后进行连续多向高温锻造，将铸锭锻造成板坯。

7.根据权利要求6所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，所述板坯厚度小于或等于50mm，且在连续多向高温锻造时，锻压比≥5，开锻温度大于或等于1100℃，终锻温度大于或等于1050℃。

8.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，对得到的板坯进行高温热轧处理，并在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材包括：

将得到的板坯在真空或者氩气保护气氛热炉中加热至1000～1050℃并进行2～4h的保温处理，随后进行高温热轧处理；

在热轧处理后水冷至室温，获得第一半成品板材。

9.根据权利要求8所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，所述高温热轧处理的开轧温度大于或等于1000℃，终轧温度大于或等于900℃，累计变形量大于50％，第一半成品板材的厚度为20～30mm。

10.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，对获得的第一半成品板材进行多道次大变形连续对称温轧处理，获得第二半成品板材包括：

将第一半成品板材重新加热至900～930℃并进行1～2h的保温处理，随后空冷至700～800℃，进行3～5道次大变形连续对称温轧处理，得到第二半成品板材。

11.根据权利要求10所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，所述大变形连续对称温轧处理的轧制时间为30s，累计变形量为70％-80％，终轧温度大于或等于650℃，且在大变形连续对称温轧处理时，轧辊的直径和转速均相同，对称轧制的单道次轧下量大于或等于15％。

12.根据权利要求10所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，大变形连续对称温轧处理为3道次，且在3道次大变形连续对称温轧处理时，每道次轧制后的变形率分别为40％、60％、75％，轧制时间小于或等于25s。

13.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，对获得第二半成品板材进行多道次大变形连续非对称温轧处理，获得第三半成品板材包括：

将第二半成品板材进行2～3道次大变形连续非对称温轧处理，开轧温度为630～680℃，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5:1，非对称轧制的轧总压下量大于或等于15％，终轧温度大于或等于600℃，轧制时长小于或等于20s，轧制完成后获得第三半成品板材。

14.根据权利要求13所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，大变形连续非对称温轧处理为2道次，且第一道次下压量为15％，第二道次下压量为8％，轧制时间为10s。

15.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，所述超高强马氏体钢板材的含碳量为小于或等于0.35wt.％，合金含量小于或等于2.5wt.％。

16.根据权利要求2所述的超高强马氏体钢板材的制备方法，其特征在于，所述超高强马氏体钢板材的屈服强度大于或等于2100MPa，抗拉强度大于或等于2600MPa，硬度大于或等于700HV，断裂延伸率大于或等于5％。