[发明专利]一种通过回火形变提高中碳钢低温韧性的方法

说明书

本发明为一种通过回火变形提高中碳钢低温韧性的方法。该方法主要通过对回火索氏体进行高温(500‑700℃)多道次梯级轧制大形变处理，然后在空气中冷却，获得了组织细小，成分均匀的纳米级别晶粒，使中碳钢的低温韧性和强度得到了成倍的提高，实现了增强增韧的目的。本发明利用回火形变工艺代替传统的淬火加回火工艺，实现了以马氏体作为基体制备超细晶钢，降低了普通轧制变形时的变形抗力，减少了能源的消耗，节约了成本，为钢铁企业的发展提供了新的经济增长点。

技术领域

本发明涉及形变加工制造技术，属于轧制领域。特别涉及到金属材料控温轧制技术，属于金属压延领域。

背景技术

钢铁作为一种在传统工业领域应用十分广泛的产品，因为原料(铁矿石)在地球上的储能很大，而且具有易开采、加工成本较低等诸多优点，可以实现大规模化的流水线生产。从目前的发展状况来看，在未来很长的一段时间里都不会出现能够完全取代传统钢铁材料的新型产品，可见钢铁材料的地位之重。但是，钢铁材料在生产生活的应用中还伴随着一系列需要人们尽快解决的问题，特别是大多数金属材料在温度较低的环境下服役会发生突然的脆性断裂，也就是低温脆性。例如在上个世纪30年代，比利时哈塞尔特城处于零下25℃的严寒中，跨越在阿尔伯特运河上的一座雄伟壮丽的大桥突然发出一声巨响，产生强烈的金属撕裂声，之后大桥便折断落入河中。还有就是在1954年的冬季，一艘英国籍的油轮“世界协和号”正在冰冷的北大西洋海面上航行，突然油轮上面出现了巨大的裂纹，伴随着发出一声巨响，顷刻间油轮就沉入冰冷的大西洋海水中。

像这样的例子还有很多，人们通过对事故进行了深入的分析调查研究。结果表明，大部分金属材料(合金)处于低温环境下都会变脆，也就是韧性大大的降低。所以怎么能够提高材料的抗低温性能，也就是如何提高材料的低温冲击韧性是本发明的重点研究目的。在新一代钢铁研究的诸多领域中，超细晶钢(Ultrafine grain steel)是一个重要的研究方向，其本质上来说还是“细晶强化”理论，通过细小组织的制备来获得相比于传统材料更好的强韧性，对材料组织进行细化可以提高在工程领域中应用的质量。

俄罗斯的R.Z.Valiev等人采用在高温下通过“等通道角度加工法”产生很大的变形量，以此来提高材料的低温韧性，但是这种方法的模具制造比较麻烦，所以只能在实验研究领域，不能应用于实际生活中。日本的Y.Chino等人提出对完全奥氏体化的材料采用加工热处理(控制轧制)，然后采用加速冷却的方法来提高低温韧性，但加速冷却引发的内应力也是很大的，对低温韧性的提高是有限的。日本的Y.Okitsu等人通过将淬火后的材料在大变形量的冷轧后添加退火工艺，使材料的低温韧性得到了提高，但是冷轧材料的变形抗力很大，所需的能耗较高，生产成本也随之增加，导致竞争力低。

发明内容

本发明的目的在于针对普通碳钢在工程结构应用领域强度低，特别是低温韧性较差等不足之处，提供一种通过回火形变提高中碳钢低温韧性的方法。该方法主要通过对回火索氏体进行高温(500-700℃)多道次梯级轧制大形变处理，然后在空气中冷却，获得了组织细小，成分均匀的纳米级别晶粒，使中碳钢的低温韧性和强度得到了成倍的提高，实现了增强增韧的目的。

本发明的技术方案是：

一种通过回火变形提高中碳钢低温韧性的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将中碳钢打磨、清洗；

(2)将上步得到的中碳钢放入800-900℃下的马弗炉中，保温40min-1h后取出，随即放入到冷水中淬火；

(3)将上步得到的中碳钢放入500-700℃下的马弗炉中，进行40min-1h保温回火处理；

(4)将保温回火后的中碳钢从炉中取出，随即进行轧制；轧制1-4道次；

(5)重复“步骤(3)-步骤(4)”循环2-6次；

(6)共计进行8-13道次的轧制变形处理；当总压下量超过80％后，放入空气中冷却，得到具有低温韧性的中碳钢；