[发明专利]一种超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材的制备方法

说明书

本发明公开了一种超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材的制备方法，将多向热锻处理、单向热锻处理与冷轧处理三种工艺相结合；首先对不锈钢试样进行多向热锻处理以细化晶粒，然后经单向热锻处理以减小试样厚度，得到具有超细晶/纳米晶层状微结构的板状试样，最后通过冷轧处理得到精确厚度的超细晶/纳米晶层状微结构的不锈钢板材。本发明所述不锈钢板材具有超细晶/纳米晶层状微结构，并且工艺简单，原材料利用率高，厚度可控，能够实现大尺寸超细晶/纳米晶层状微结构的制备。

技术领域

本发明属于结构材料制备技术领域，尤其涉及一种超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材的制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，国防工业、航空航天，汽车制造等高端工业领域的需要，高性能的先进金属材料一直是材料科学领域的重要发展方向。不锈钢作为一类重要的合金，因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性而广泛应用于日常家居、机械制造、沿海设备和航空航天等领域。但在某些特殊的结构零部件应用领域，需要优异的力学性能以更好的满足工业应用，成为业界普遍关注的问题。

层状结构，特别是微米/纳米尺度的层状结构可以有效的提高金属材料的力学性能，如高强度及高塑性。目前的制备层状结构金属材料方法有累计叠轧技术、高压扭转技术和扩散焊技术等。累积叠轧虽然在理论上可以实现层状薄片厚度的无限减小和工业大尺寸产品生产的需求，但是重复的操作使得材料界面容易被氧化、污染，良好的界面结合性往往难以保证，且材料利用率不高。对于高压扭转技术而言，虽然一定程度提高了界面结合性，但制备的样品尺寸受到限制，不利于工业生产。扩散焊技术虽然在材料利用率方面有所提高，但强度提升不高。

因此，亟需开发一种新的制备层状结构不锈钢板材的制备工艺，以满足工业生产的要求。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材的制备方法，通过多向热锻处理、单向热锻处理和冷轧处理三种工艺相结合制备出具有超细晶/纳米晶层状微结构的不锈钢板材。所述工艺简单，原材料利用率高，晶粒尺寸可细化到1000nm以下，适用于工业化大尺寸超细晶/纳米晶层状微结构的制备。

本发明具体方案如下：

本发明提供了一种超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材的制备方法，将多向热锻处理、单向热锻处理与冷轧处理三种工艺相结合；首先对不锈钢试样进行多向热锻处理以细化晶粒，然后经单向热锻处理以减小试样厚度，得到具有超细晶/纳米晶层状微结构的板状试样，最后通过冷轧处理，得到精确厚度的超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材。

优选地，多向热锻处理具体包括：对不锈钢试样进行恒温加热处理，然后沿着不锈钢试样相互垂直的三个方向，X轴、Y轴、Z轴方向各锻造一次作为一个锻造周期，每次锻造压下量为5％-30％；所述多向热锻处理包括至少6个锻造周期，以充分细化晶粒。

优选地，单向热锻处理具体包括：将多向热锻处理后的不锈钢试样进行恒温加热处理，然后单向垂直锻打得到板材试样；所述总压下量为50-85％，每道次压下量为0.1-1.0mm。

本发明所述单向垂直锻打，是指仅沿着单个方向锻打，并且锻打施力的方向与不锈钢试样表面相垂直。通过单向热锻处理，不仅能使多向热锻处理后的不锈钢试样只承受垂直冲击载荷，获得超细晶/纳米晶层状微结构板材，并使得超细晶/纳米晶和层状微结构紧密结合，有助于实现大尺寸样品的制备；还能减薄不锈钢试样的厚度为下一步冷轧处理做准备；避免了在厚度加大时直接轧制引起的较高的剪切应力和应变而出现微裂纹。

优选地，恒温加热温度为600-800℃，加热时间为1-15min。

优选地，冷轧处理时，对单向热锻得到的板状试样进行50-80％变形压下量的冷轧处理；轧制单道次压下厚度为0.1-0.5mm；反复轧制得到精确厚度的超细晶/纳米晶层状微结构不锈钢板材。