[发明专利]一种具有仿生多层级结构的钢材及其加工工艺

权利要求书

1.一种具有仿生多层级结构的钢材的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S10：在钢原料的奥氏体相区的范围内进行脱碳渗碳；所述的奥氏体相区的碳含量为0.4-0.8wt％,温度为700-1500℃；

所述的脱碳的步骤为：将所述的钢原料放入垂直管式炉，排除空气后，当所述的钢原料升温至700℃后，升温速率控制在1-2℃/s，在温度到达930℃后，保持10min，通入430cm³/min的湿润的氢气脱碳4h或6h或8h或10h；

所述的渗碳的步骤为：排除氢气后，在CO/CO₂比率为25、CO流量为300cm³/min、CO₂量为12cm³/min的条件下，渗碳15-75min；

S20冷却：将步骤S20处理后的钢原料在氩气保护下进行冷却，在20-50min内下降到不超过250℃；

S30：将步骤S20处理后的钢原料冷却到室温后，在氩气气氛中进行回火处理，得所述的具有仿生多层级结构的钢材。

2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，

所述的步骤S10中，通过Thermo-Calc热力学相图计算软件绘制钢原料的相图以确定其奥氏体相区；

所述的步骤S30中，回火处理的温度为460℃，时间为2-4h，氩气的流量为500cm³/min。

3.根据权利要求2所述的加工工艺，其特征在于，

所述的步骤S30中，当步骤S20处理后材料的晶粒尺寸在100μm的时候，回火时间为2h；当步骤S20处理后材料的晶粒尺寸在200μm的时候，回火时间为4h；回火过程的升温速率控制在5-10℃/s。

4.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，

所述的步骤S10中的脱碳渗碳的步骤为：

通过模拟扩散方程菲克第二定律的数值解得到的碳轮廓曲线，来设计碳元素的空间分布；

在碳元素的空间分布的基础上，计算确定脱碳、渗碳的时间、温度、气体流量和比率的技术参数，再在该技术参数下进行脱碳、渗碳处理。

5.根据权利要求4所述的加工工艺，其特征在于，

所述的步骤S10中奥氏体相区的碳含量为0.5-0.6wt％,温度为930℃。

6.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，

所述的钢原料为AISI L6马氏体工具钢，厚度为3mm，碳含量为0.56wt％。

7.一种具有仿生多层级结构的钢材，其特征在于，采用权利要求1-6任一项加工工艺获得。