[发明专利]超微细组织的金属材料及其制造方法

说明书

本发明涉及一种金属材料及其制造方法，这种材料是，相变为低温相和高温相的金属（包括合金），从使其晶粒组织超微细化的高温相制取的。另外，本发明还涉及高温相的和从高温相得到的低温相的晶粒组织超微细化的方法。

这里，上述所谓“高温相”和“低温相”分别是指在高于相变点温度下和低于相变点温度下形成的相。另外，作为上述“金属”的代表例，可以举出钢、钛或钛合金、锆或锆合金、以及镍或镍合金等，可是，在本文中为了便于说明起见，主要举“钢”和“钛”为例进行说明。在钢的场合下，高温相相当于奥氏体，低温相相当于铁素体，或者说高温相相当于δ铁素体，低温相相当于γ奥氏体，下面只要不预先指明，作为高温相就举奥氏体为例，低温相就举铁素体例进行说明;在钛或钛合金场合下，高温相和低温相分别相当于β相和α相。

过去众所周知的事实是：金属材料的各种特性，例如低温韧性、延展性、屈服强度、耐腐蚀性、超塑性等随晶粒组织的细化而得到提高。因此，迄今为止开发了许多种使金属材料组织细化的方法。

可是，说到金属组织的细化，通常它是指平均粒径细化到约20μm，至于平均粒径10μm以下，一般而言15μm以下的超微细晶粒组织的金属材料，其工业化制造技术尚未开发成功。

例如，我们知道，控轧就是热轧时控制轧制条件，尽可能使终轧温度保持低温，从而使热轧钢材组织达到细化的方法，但是即使用这种工艺，要使高温相的奥氏体的粒径达到15μm以下也是非常困难的。因此，由这种奥氏体产生的铁素体的粒径微细化也有限度，要获得平均粒径10μm以下的各向同性的铁素体组织实际上是不可能的。

与此相关，开发了加速冷却方法，即调整控轧后的冷却速度，通过这种手段，由于奥氏体的相变，使生成的铁素体晶粒的核生成数量增大，而使结晶进一步微细化。但是，这种方法中，相变前的奥氏体组织本身也只是因控轧而微细化的，并不是受加速冷却的影响。进而，在特公昭62-42021号公报中公开了一种将上述那种控轧和加速冷却相结合的方法，是将低碳钢在高于相变点附近的温度下进行强加工，使其生成微细铁素体，防止奥氏体的再结晶，同时，通过加速冷却使生成的贝氏体和马氏体达到微细化，用上述方法能制造出包含平均粒径5μm左右的铁素体系晶粒，其余是由马氏体或贝氏体组成的热轧钢材。但是，用这种方法，贝氏体或马氏体组织的粒径也只能达到20～30μm左右。

《铁和钢》1988年第6号（第1052-1057页）上发表了下列技术：将奥氏体系不锈钢（Fe-13/18wt%    Cr-8/12wt%    Ni）在室温下冷加工，使奥氏体加工相变为马氏体后，加热至稳定的奥氏体区域，在退火状态下，将马氏体逆相变成奥氏体，由此能得到超微细奥氏体组织。这种技术，是将热轧制造的材料进行冷轧或者在室温以下的低温加工之后，在奥氏体区域内加热、退火，即相当于通常进行的奥氏体钢的固溶处理。可是，由于它是一种逆相变奥氏体化的相变点在500～600℃、且组成成分极其被限制的高Cr-高Ni不锈钢，所以能靠固溶处理来实现结晶微细化，而一般情况下，通过固溶处理，要生成粒径15μm以下的奥氏体组织是不可能实现的。

本发明的一般目的在于提供一种方法，使相变为低温相和高温相的金属变为具有均匀的超微细晶粒的高温相，以及提供一种用此方法制取的金属材料。

本发明更具体的目的是：若以钢而言，提供一种获得平均晶粒直径为15μm以下、最好是10μm以下的均匀的超微细晶粒的奥氏体组织的方法，以及用此法制取的金属材料。

本发明另一个具体目的是提供一种获得上述那样的均匀超微细晶粒奥氏体组织、其次获得平均粒径10μm以下、最好5μm以下的均匀超微细晶粒的铁素体、马氏体、贝氏体或珠光体等等组织的方法，以及提供具有上述组织的金属材料。

本发明的再一个目的是提供一种使钛或钛合金得到上述那样的均匀的超微细晶粒组织的方法，以及提供具有上述组织的钛或钛合 金材料。

本发明者等可以得出新见解如下：即

（a）.例如钢，在对相变分别为铁素体和奥氏体的低温相和高温相的金属进行热加工时，加工的开始阶段，使其经历如通常热加工那样的加热或加工过程，然后一旦获得至少有一部份金属材料组织呈低温相组织的金属材料，就在加工的最终阶段，一边进行塑性加工，一边提高温度，使其超过相变点，使上述低温相逆相变为高温相，就能获得以往的控轧等无法得到的超微细晶粒组织的高温相。