CN1587422A - 一种高强度奥氏体钢晶粒细化方法及等径角挤压变形模具 - Google Patents

一种高强度奥氏体钢晶粒细化方法及等径角挤压变形模具 Download PDF

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杨钢
刘正东
王立民
林肇杰
程世长
李密
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Abstract

本发明属于合金钢生产领域，特别涉及高强度奥氏体钢晶粒细化方法。该方法，其特征在于该奥氏体钢材经1～2道次等径角挤压变形后，再经过800℃－1000℃，20min－120min的退火热处理工艺，发生完全再结晶，晶粒尺寸由120μm细化到2～10μm，得到超细晶粒钢材。该方法所用的等径角挤压变形模具，其特征在于它由L形弯管(3)组成，其中，内角Φ为90～120°，外角ψ为20～60°；另外，挤压杆(1)的屈服强度为棒材(2)的1.5倍以上，棒材(2)的直径与L形弯管(3)的管径的公差为0.02mm～0.05mm。本发明与现有技术相比具有不改变钢材的尺寸并提高奥氏体钢强度、保持韧性的优点。

Description

一种高强度奥氏体钢晶粒细化方法及等径角挤压变形模具
技术领域
本发明属于合金钢生产领域，特别涉及不改变钢材的截面尺寸而提高奥氏体钢强度并保持韧性的的晶粒细化方法及等径角挤压变形模具。
背景技术
在现有技术中，由于奥氏体不锈钢不存在相变，所以不能通过热处理工艺来细化晶粒而达到提高强度的目的，为了提高奥氏体不锈钢的强度，一方法是采用添加合金元素而达到固溶强化或沉淀强化的目的，但是此方法提高了成本，且强度的提高是有限的，另一种是采用锻造或冷变形的方法而实现细化晶粒而达到提高强度的目的，但此过程会改变原成品钢材的尺寸，特别是冷变形只适用于丝材和带材的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不改变钢材的尺寸并提高强度，并保持韧性的奥氏体钢晶粒细化方法及等径角挤压变形模具。
根据上述目的本发明将奥氏体不锈钢通过一道次(或多道次)等径角挤压变形后，进行退火处理，通过再结晶细化室温组织为奥氏体的晶粒。
上述技术方案的工艺原理是由于奥氏体有强烈的形变强化效应，模具材料使用超高强度钢。坯料经挤压出来后，尺寸没有改变，由于在经过两个通道交接处时，承受了非常大的剪切变形(剪切应变γ为1.05～1.8)，因此坯料的内部组织中的位错密度显著提高，从固溶态的位错密度106～108提高到1010～1011，为随后的再结晶热处理提供了大量的形核位置。原始奥氏体晶粒经一道次等径角挤压变形后，经过热处理后，发生完全再结晶，晶粒尺寸显著地细化，得到超细晶粒钢材。
根据上述目的和工艺原理本发明的具体解决技术方案为：该高强度奥氏体钢晶粒细化方法，奥氏体晶钢材经过1～2道次等径角挤压变形后，经过800℃-1000℃，20min-120min的退火热处理后，发生完全再结晶，晶粒尺寸由120μm细化到2～10μm，得到超细晶粒钢材。
针对高强度奥氏体钢晶粒细化方法所用的等径角挤压变形模具，它由L形变管3组成，其中，内角Ф为90～120°，外角ψ为20～60°；另外，挤压杆1的屈服强度为棒材2的1.5倍以上，棒材2的直径与L形弯管3的管径的公差为0.02mm～0.05mm。
本发明与现有技术相比具有不改变钢材的尺寸并提高奥氏体钢强度、保持韧性的优点。采用本发明的工艺和模具后，试验料选用0Cr19Ni9N奥氏体不锈钢，一道次变形后，屈服强度最高提高1.01倍，韧性基本保持不变。试验料选用00Cr18Ni12Mn2奥氏体不锈钢，一道次变形后，屈服强度最高提高0.57倍，韧性基本保持不变。
附图说明
图1为等径角挤压变形模具结构示意图。
图2为原始棒材和经一道次变形和950℃、40min的退火热处理后得到的晶粒尺寸的的金相组织对比图。
上述附图中，Ф为模具的内角，ψ为模具的外角，1为挤压杆，2为棒材，3为L形弯管。
具体实施方式
实施例1：
本实用新型模具所用材料是牌号T250的超高强度钢，挤压杆所用材料是牌号为C350的超高强度钢。试验料选用0Cr19Ni9N奥氏体不锈钢，采用模具的工艺参数见表1，经一道次等径角挤压变形后，经过800～1000℃，40min的退火处理后，晶粒尺寸的变化见表2，实施例1与原始棒材的力学性能对比表见表3。上述列表中序号1-4为本发明实施例1，序号5-6为原始棒材。
              表1为本发明实施例1用模具的工艺参数
  序号     内角Ф°     外角ψ°   挤压杆屈服强度Mpa   棒材的屈服强度MPa  棒材直径与L形弯管管径的公差mm
  1     90     20   1900   285  0.02
  2     90     30   1900   300  0.03
  3     120     40   1900   285  0.04
  4     120     60   1900   300  0.05
             表2本发明实施例1的挤压、退火工艺参数和晶粒尺寸的变化对比表
序号   原始棒材     1   2   3     4
工艺   一道次+800℃×40min   一道次+900℃×40min   一道次+950℃×40min   一道次+1000℃×40min
晶粒尺寸μm   120     2～3   2～5   2～6     6～10
晶粒细化后，强度提高，塑性变化不大，见表3。
                 表3本发明实施例1与原始棒材的力学性能对比表
    序号     试样状态   退火热处理   σbMPa   σ0.2MPa  δ5％  ψ％
    1     一道次变形   800℃×40min   860   575  45.5  72.5
  865   565  46.5  71.0
    2     一道次变形   900℃×40min   830   480  52.5  79.0
  835   485  54.5  77.5
    3     一道次变形   950℃×40min   830   445  58.5  78.0
  835   440  58.0  76.0
    4     一道次变形   1000℃×40min   795   410  49.5  76.0
  775   410  51.5  81.0
    5     原始棒材   725   285  66.5  82
    6   725   300  57.5  82
实施例2：
本实用新型模具所用材料是牌号T250的超高强度钢，挤压杆所用材料是牌号为C350的超高强度钢。试验料选用00Cr18Ni10Mn2奥氏体不锈钢，采用模具的工艺参数见表4，经一道次等径角挤压变形后，经过800～1000℃，40min的退火处理后，晶粒尺寸的变化见表5。实施例1与原始棒材的力学性能对比表见表6。上述列表中序号1-4为本发明实施例1，序号5-6为原始棒材。
                  表4为本实用新型实施例2用模具的工艺参数
    序号     内角Ф°   外角ψ°     挤压杆屈服强度MPa   棒材的屈服强度MPa   棒材直径与L形弯管管径的公差mm
    1     90   20     1900   175   0.02
    2     90   30     1900   175   0.03
    3     120   40     1900   178   0.04
    4     120   60     1900   180   0.05
            表5本发明实施例2挤压、退火工艺参数和晶粒尺寸的变化对比表
 序号   原始棒材     1   2   3     4
 工艺   一道次+800℃×40min   一道次+850℃×40min   一道次+900℃×40min   一道次+950℃×40min
 晶粒尺寸μm   160     2～3   2～5   2～6     3～8
晶粒细化后，强度提高，塑性变化不大，见表6。
                    表6本发明实施例2与原始棒材的力学性能对比表
    序号     试样状态   退火热处理     σbMPa   σ0.2MPa     δ5％     ψ％
    1     一道次变形   800℃×40min     635   275     56.0     75.0
    625   275     65.0     77.5
    2     一道次变形   900℃×40min     600   255     58.0     78.0
    610   245     60.0     77.5
    3     一道次变形   950℃×40min     580   225     61.0     79.5
    570   220     62.5     81.0
    4     一道次变形   1000℃×40min     560   198     63.0     79.5
    565   198     62.0     83.0
    5     原始棒材     530   175     74.0     75.0
    6     545   175     82.5     80.5

Claims (2)

1、一种高强度奥氏体钢晶粒细化方法，其特征在于该奥氏体钢材通过等径角挤压变形后，再经过800℃-1000℃的退火热处理工艺，发生完全再结晶，得到超细晶粒钢材。
2、根据权利要求1所述的高强度奥氏体钢晶粒细化方法所用的等径角挤压变形模具，其特征在于它由L形弯管(3)组成，其中，内角Φ为90～120°，外角ψ为20～60°。
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