[发明专利]一种超细孪晶梯度结构中锰钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超细孪晶梯度结构中锰钢及其制备方法，属于高强钢制备技术领域，所述制备方法包括按照设定的中锰钢成分进行配比、冶炼、浇铸获得钢锭，将所述钢锭依次经锻造、多道热轧、多道冷轧、临界热处理得到钢板，将所述钢板在400～500℃温度范围内进行激光喷丸，得到超细孪晶梯度结构中锰钢。本发明通过激光喷丸在合适的温度区间将孪晶引入中锰钢的微观组织中，使中锰钢的微观组织具有了梯度结构的特性，从而解决了传统制备工艺过程中的“强度和韧性倒置”的难题；本发明利用孪晶效应和梯度结构设计，提高了中锰钢的力学性能，解决了现有中锰钢力学性能进一步提升的瓶颈问题。

技术领域

本发明涉及先进高强钢制备技术领域，具体涉及一种超细孪晶梯度结构中锰钢及其制备方法。

背景技术

中锰钢(3～12wt.％Mn)作为第三代先进高强钢的典型代表，具有铁素体和奥氏体的复相组织，其中奥氏体的体积分数高达20％以上。在一定的临界热处理条件下，该类钢组织中的奥氏体具有良好的机械稳定性，在塑性变形过程中能够发生TRIP(TransformationInduced Plasticity)效应，改善钢的强度和塑性。与传统TRIP钢和QP钢相比，中锰钢具有相对优异的力学性能、较低的生产成本和生产工艺简单等优点，获得了科研学者和汽车工业专家的青睐。然而在关于中锰钢性能进一步提升的研究中发现，传统的轧制和冲压技术，很难打破“强度和韧性倒置”的关系，这限制了中锰钢性能的进一步提升。此外，现有中锰钢主要应用在汽车结构件领域，而在其他领域的应用有限。如能实现中锰钢其他的领域的应用，对于中锰钢的发展意义重大。

在“向自然界学习”的过程中，发现了竹子结构具有典型的梯度结构。竹子的维管束结构，其密度是从外部向心部逐渐递减，在维持整体强度和刚度的情况下，其心部具有较好的柔韧性。相关研究表明梯度结构金属材料能在一定程度上打破材料“强度和塑性”的倒置关系，获得优异的强塑性。

如中国专利CN 114480811 A提出了一种具有梯度结构的高强塑积中锰钢的制备方法，其包括：按照预定的中锰钢合金成分进行冶炼、锻造、热轧和两相区退火，得到退火后的板坯，将板坯加工成棒状试样，在室温下扭转处理，扭转处理后，立即再次进行两相区退火并空冷至室温；所述扭转处理是将经两相区退火后的板坯加工成棒状试样，然后在常温下以70-120°/min速率扭转90-180°。该专利所得中锰钢的，屈服强度740MPa，抗拉强度1110MPa，延伸率：38-47％，强塑积＞42GPa·％，最高强塑积达到52GPa·％。

现有中锰钢的强塑性不高，限制了其在经受强烈冲击或重力挤压的工况条件下的应用，如冶金、矿山、建材、铁路农机及军工等各个部门。现有的中锰钢梯度结构主要是棒材，而对于中锰钢常用的汽车板材不适用，这极大的限制中锰钢的应用领域。此外，由于中锰钢具有高的强度，大尺寸棒材的需要较大的扭转力，所以对设备依赖性强。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超细孪晶梯度结构中锰钢及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种超细孪晶梯度结构中锰钢的制备方法，按照设定的中锰钢成分进行配比、冶炼、浇铸获得钢锭，将所述钢锭依次经锻造、多道热轧、多道冷轧、临界热处理得到钢板，将所述钢板在400～500℃温度范围内进行激光喷丸，得到超细孪晶梯度结构中锰钢。

进一步地，所述制备方法的具体步骤为：

步骤1，冶炼：按照设定成分配比、冶炼浇铸获得钢锭；

步骤2，锻造：将钢锭加热到1200℃～1250℃，保温2～3h，锻造成钢坯；

步骤3，多道次热轧：钢坯加热到1050℃～1200℃，保温2h～3h，经6～7道次热轧，轧制温度区间为900℃～1000℃，总压下率为40％～50％，随后冷却至室温，得到热轧板；

步骤4，多道次冷轧：将上述热轧板经6～7道次冷轧，总压下率在50％～90％，得到冷轧板；