[发明专利]一种基于层错能调控的超高强塑韧性贝氏体钢制备方法

说明书

本发明公开了一种基于层错能调控的超高强塑韧性贝氏体钢制备方法，其设计思路是依据钢的层错能大小，在钢的滑移和孪生变形方式的临界转变温度以上50～350℃轧制变形20～40％，然后在贝氏体相变温度区间进行50～80％不完全贝氏体相变，再在孪生变形温度区间进行5～20％变形，从而，使钢的强度和塑性以及韧性同时大幅度提高，获得超高强度、超高塑性、超高韧性的贝氏体钢。

技术领域

本发明涉及一种基于层错能调控的超高强塑韧性贝氏体钢制备方法，属于钢铁材料及其热加工领域。

背景技术

新一代钢铁材料追求的目标是超高强度和超高塑韧性，但是传统的制造工艺方法难以同时获得提高材料的强度和塑性的效果，提高钢的强度会降低其塑性，提高钢的塑性会降低其强度。近年来，材料科学家为此开展了大量的研究和探索工作，取得了一些令人振奋的研究结果。比如：北京科技大学吕兆平教授团队利用高密度、超共格第二析出相，研发出了强度达到2.2GPa，延伸率为8.2％的马氏体时效钢，香港科技大学黄明欣教授和北京科技大学罗海文教授团队，设计的高密度位错DP钢强度达到2.2GPa，延伸率达到15％。二者为超高强塑韧性钢的研制提供了新的设计思路和技术经验，为超高强塑韧性钢的工程应用带来了希望。于此同时，中科院金属研究所张哲峰教授团队系统揭示了层错能对钢的微观结构、疲劳机制等方面的影响规律。该团队通过优化合金成分设计，降低层错能改变微观变形方式，使钢的强度和塑性得到同时提高。

基于新一代材料的超高强塑韧性要求和层错能调控理论，研究层错与位错的交互作用以及层错能的改变对钢强韧化机制的影响，可为超高强塑韧性材料的化学成分和制造工艺设计提供新的思路。

发明内容

本发明提出了一种基于层错能调控的超高强塑韧性贝氏体钢制备方法。基于层错能调控理论，将高温奥氏体化状态的钢冷却至层错能对应的孪生和滑移变形方式的临界温度以上50～350℃进行20～40％轧制变形，来增加钢的存储位错密度以提高基体强度，然后在钢的贝氏体相变温度区间等温进行50～80％的不完全贝氏体相变，再在层错能对应的孪生转变温度区间进行5～20％变形，使基体中的面心立方结构相形成孪晶，从而使钢的强度和塑性以及韧性得到同时大幅度提高。

本发明技术方案如下：

一种基于层错能调控的超高强塑韧性无碳化物贝氏体钢，其设计思路如下：

1、钢的层错能调控面心立方结构相的变形机制，从而影响钢的力学性能：钢的层错能值的大小决定了面心立方结构相受力时发生孪晶转变，马氏体转变或是位错滑移，不同的变形机制使钢表现为迥异的力学性能。

2、可以通过以下几个方式获得钢的层错能大小：⑴根据层错能计算的G.B.Olson热力学模型，面心立方结构相的层错能可以看做为面心立方和密排六方结构之间的自由能差；⑵根据Reed的技术方案，利用XRD测定微观应力，计算层错能；⑶根据TEM测定层错能。

3、利用膨胀仪或者热模拟设备测试钢的贝氏体相变动力学，获得钢在贝氏体相变温度区间不同温度发生50～80％不完全贝氏体相变所需要的时间。

4、核心技术是将原始钢材固溶处理后，在层错能对应的滑移和孪生变形方式的临界温度以上50～350℃轧制变形20～40％，增加位错密度，然后在钢的贝氏体相变温度区间等温进行50-80％的不完全贝氏体相变，再在层错能对应的孪生变形温度区间进行5～20％变形，在残余奥氏体内部形成一定数量的孪晶，同时大幅度提高基体的强度和塑性。

该超高强塑韧性无碳化物贝氏体钢的制备工艺如下：

一种基于层错能调控的超高强塑韧性贝氏体钢制备方法，其包括：

首先通过测试或计算确定钢的层错能，并确定所述层错能对应的钢的滑移变形温度区间和孪生变形温度区间；