[发明专利]一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属钢铁材料制备领域，涉及一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪，轻量节能汽车、深井采油管和大口径输油(气)管、大型工程机械、大跨度重载桥梁、大型高性能船舶和高层建筑等的迅速发展，尤其对于我国重点发展的基础铁路交通事业，对钢铁材料的性能和使用寿命提出了更高的要求。同时，钢铁业的竞争日益升级，用户要求也不断提高。所有这些问题正给钢铁工业持续稳定发展带来了的严峻挑战。因此，依靠科技进步不断提高钢铁产品质量，按照“节约、回收和再利用”的原则，开发质量更高、性能更好、寿命更长和性能价格比更高的先进钢铁结构材料，比任何时候都显得紧迫和必要。

孪生变形作为滑移之外的第二种变形机制历来被认为只有在滑移变形困难的六方金属和特殊的变形条件下存在，从晶体学原理可知，孪生是晶体进行切变的一种方式，但它与滑移的切变又不相同，不是只局限于滑移面的一种切变，而是均匀分布在孪生区域内的一种切变。因此近年来孪晶在纳米铜中的作用被引起了广泛关注，因为孪晶在纳米铜中保证高强度的同时获得较高的加工硬化和塑性变形能力同时不降低材料的导电性，提高了纳米金属材料的综合力学性能(文献1：Lu L，Shen Y F，Chen X H，Qian L H，Lu，K.Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper.Science，304(2004)：422-426.文献2：Shen Y F，Lu L，Lu Q H，Jin Z H，Lu K.Tensile properties of copper with nano-scaletwins.Scripta Mate，52(2005)：989-994.)而在钢铁材料中，孪生变形很少引起研究者的注意，在奥氏体不锈钢中人们发现了孪晶的存在，但是只注意了不锈钢的耐腐蚀性而鲜有深入系统地研究孪生对钢铁材料的组织性能的影响。

直到近几年孪晶诱导塑性钢优越的高强度(600-1200MPa)、高塑性(最大延伸率可达95％)、高韧性(-196℃钢具有65％的总应变)的研究，使一种新的大范围提高钢材性能的手段成为可能。使孪生变形对钢的性能的贡献引起了材料研究者的重新认识。因为传统的TWIP钢成分为Fe-25Mn-3Al-3Si-0.03C(文献3：Georg Frommeyer，Udo Brux，PeterNeumann.Supra-ductile and high-strength manganese-TRIP/TWIP steels for high energyabsorption purposes，ISIJ International，V 43(2003)3：438-446.)其中Al含量较高，因为Al在浇铸时易氧化，会堵浇铸的水口，而高含量的Si会影响冷轧板的镀锌质量，这些问题会为TWIP钢的工业化生产带来难题，因此有必要开发新一代的低Si低Al的TWIP钢。本发明降低了Al、Si含量，使其成分更接近于工业化生产，在保持较高塑性的同时强度大幅度提高。

但是由于高锰和高铝高硅含量使得高强度高塑性孪晶诱导塑性钢的制备存在难题，使用通常缩写为“DSC工艺”的“钢带连铸(Direct Strip Casting)”工艺来进行铸造带材的制备具有高的强度(专利公开号：CN 101160183A，具有高锰含量的轻质结构钢的生产方法和设备)，但是仍具有特征性缺点。例如，出现宽范围的脆-韧转变温度、性能对温度的严重依赖或更多各向异性变形行为。专利(专利公开号：CN 101065503A具有TWIP性能的高强度钢带或薄钢板以及通过钢带连铸制备它的方法)在不间断地进行连续加工步骤中将熔融材料施加到传送带上，并对其进行冷却，凝固为预制带材之后进行轧制。该方法是一种利用特殊设备连续的生产薄带材的方法，其应用范围受到了极大的限制，且其生产的材料性能偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料的制备方法，利用现有的传统设备生产出具有最佳性能组合和同样的最佳实用价值的高强度高塑性孪晶诱导塑性钢铁材料。

一种高碳含量的孪晶诱导塑性钢铁材料，其成份范围为：C％：0.2-0.49wt％或者0.55-1.5wt％，Mn％：10-22wt％或者23.1-35wt％，Al％：＜1wt％，Si％＜1wt％，S％＜0.008％，P％＜0.02％，余量是Fe及不可避免的杂质。层错能控制在20-60mJ·mm²；制备步骤为：