【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬材料及加工，具體涉及一種超細組織貝氏體鋼及其制備方法。
技術介紹
0、技術背景
1、2003年，caballero和bhadeshia等人利用高碳高硅合金鋼在低溫長時保溫，得到了兼具超高強度和良好韌性的納米貝氏體鋼，其極限抗拉強度超過2.2gpa，同時具有一定的延伸率(5～30％)。研究表面，這種納米貝氏體鋼主要由超細的納米尺度貝氏體鐵素體和兩種不同形貌的殘余奧氏體組成，一種是介于貝氏體鐵素體之間的薄膜狀殘余奧氏體，由于其高碳的特性，在應變過程中不易發生相變，可以有效提高材料塑型；另一種分布于貝氏體束之間的塊狀殘余奧氏體，在應變過程中將發生形變誘導馬氏體相變，對材料塑型有害。
2、細化組織晶粒尺寸，制備細晶以及超細晶材料是一種能使材料在保持一定塑性的前提下提高其強度的有效途徑，從而克服材料的強度-塑性“倒置”問題，即材料強度的提高往往需要犧牲一定的塑性。通過各種變形工藝可以在鋼中制備獲得細晶以及超細晶組織，實現了優異的力學性能。在各種方法中，大變形溫軋是一種最適合應用于實際工業生產的晶粒細化途徑，通過大變形溫軋，可以獲得具有高密度位錯的超細晶組織，從而實現材料的高強高韌。
3、由于大變形溫軋時奧氏體處于ac1溫度以下，屬于亞穩狀態，需要通過合理的合金成分調控，實現奧氏體的相對穩定性。cr、ni、mn是典型的奧氏體穩定元素，通過添加一定量的cr、ni、mn可以使材料在加工時不發生相變，有效擴大溫軋的加工區間，從而實現加工后材料組織和性能的均勻穩定。通過添加cr、mo等強碳化物形
4、“一種超高強度中碳納米貝氏體鋼的制備方法”(cn112981277a)采用對獲得的貝氏體鋼進行室溫軋制的方法，使部分塊狀殘余奧氏體發生形變誘導相變，從而減少了穩定性較差殘余奧氏體體積分數，避免了應變早期階段材料中的殘余奧氏體受形變誘導相變效應作用而轉變為硬脆的馬氏體而導致失效，提高了材料的力學性能。但該方法涉及室溫軋制，由于中高碳鋼硬度脆性較大，故不適用于該制備方法。
5、“一種熱穩定性良好含鈮納米貝氏體鋼的制備方法”(cn112981215a)通過添加少量鈮元素，不僅加速了貝氏體相變，而且也顯著提高了納米貝氏體在高溫區的力學穩定性。但該方法采用了工業生產中價格昂貴的鈮元素，提高了生產成本。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述方法中存在的缺陷而提供的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，本專利技術采用高碳低合金鋼，避開使用工業生產中價格昂貴的co，nb等金屬元素，生產成本低廉，工藝路徑可控，通過適配的多道次溫軋-配分工藝獲得了含有納米析出的納米貝氏體鋼，其貝氏體鐵素體體積分數大于60％，針狀貝氏體厚度≤200nm，超細殘余奧氏體等效尺寸≤1.0μm，并且組織中分布有等效尺寸≤100nm的納米級析出相，實現了較高的強度和優異的均勻延伸率，其屈服強度不低于1000mpa，抗拉強度不低于1900mpa，均勻延伸率不低于10.0％。
2、為達到上述目的，本專利技術的技術方案是：
3、一種超細組織貝氏體鋼包含以下質量百分含量的元素：c:0.72～0.98％,si:1.40～1.67％,mn:1.75～2.10％,p≤0.005％,s≤0.005％,cr:0.90～1.34％,ni:1.30～1.60％,mo:0.20～0.30％，其余為fe和不可避免的雜質。
4、進一步地，一種超細組織貝氏體鋼包含以下質量百分含量的元素：c:0.78～0.80％,si:1.49～1.57％,mn:1.89～1.90％,p≤0.005％,s≤0.005％,cr:0.97～1.06％,ni:1.35～1.37％,mo:0.24～0.30％,其余為fe和不可避免的雜質,其中，為控制生產成本，本專利技術優化后的合金總質量百分含量不高于7％，為引入納米析出作為強化相，本專利技術優化后的合金加入一定量的cr、mo作為強碳化物形成元素，cr+mo質量百分含量不小于1.3％，為擴大強烈溫變形的加工區域，并保證貝氏體相變時間不會過長，本專利技術優化后的合金成分控制奧氏體穩定元素mn+cr+ni質量百分含量不小于4.0％，不大于4.4％。
5、本專利技術提供了一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，包括以下步驟：合金熔煉、均勻化處理及開坯、高溫軋制、奧氏體化及強烈溫變形處理、低溫長時等溫淬火、配分處理，具體步驟如下：
6、步驟(1)合金熔煉：按照所述成分進行配料，利用真空感應爐均勻攪動熔煉，澆鑄成鑄錠；
7、步驟(2)均勻化處理及開坯：步驟(1)得到的鑄錠在1150～1300℃進行均勻化處理，保溫時間不少于4.0h，然后爐冷至室溫，得到組織和性能均勻的鑄坯。對得到的鑄坯進行鍛造，開鍛溫度不低于1200℃，進行多次墩拔，最終獲得板坯。
8、步驟(3)高溫軋制：將步驟(2)獲得的板坯在真空或氬氣保護熱爐中加熱至1000～1200℃，保溫2.0～5.0h后熱軋，終軋溫度不低于900℃，累積變形量大于50％，軋制后空冷至室溫，最終獲得厚度20～30mm的板材。
9、步驟(4)奧氏體化及強烈溫變形處理：將步驟(3)得到的板材在950～1150℃保溫30～60min，空冷待溫至600～700℃進行3～4道次大變形軋制，累積變形量在70％以上。
10、步驟(5)等溫貝氏體轉變熱處理：將步驟(4)得到的板材冷卻至200～350℃進行恒溫保溫，保溫時間為8.0～10.0h，空冷至室溫。
11、步驟(6)配分處理：將步驟(5)得到的板材在200～350℃進行碳配分處理，配分時間為4.0～16.0h，空冷至室溫。
12、進一步地，步驟(1)中所述的合金熔煉采用的熔煉方法是真空感應加電渣重熔兩者結合。
13、進一步地，步驟(4)中所述的強烈溫變形處理的軋制方法為2道次連續同步軋制加2道次連續異步軋制。
14、更進一步地，步驟(4)中所述的強烈溫變形處理是同步軋制和異步軋制交替進行，每道次變形量不小于15％，累積變形量不小于80％。
15、進一步地，步驟(5)中等溫貝氏體轉變熱處理中淬火所采用的冷卻方式為硝酸銨鹽淬，冷卻速度≥100℃/s。
16、更進一步地，步驟(5)等溫貝氏體轉變熱處理所選擇的保溫溫度為200～250℃。
17、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
18、1、本專利技術制備獲得的材料具有非常優異的綜合力學性能，屈服強度超過1000mpa，極限抗拉強度超過1900mpa，均勻延伸率達10.0％。該材料可以取代一些高成本高合金鋼廣泛應用于耐磨材料和承力結構件。
19、2、本專利技術所采用的加工制備工藝相對簡單，與其他大變形技術中使用的低溫動態變形、等徑角擠壓、異步軋制等特殊加工工藝相比，本專利技術所采用的的中溫軋制手段更易在工業生產中實施。
【技術保護點】
1.一種超細組織貝氏體鋼，其特征在于，其化學成分的重量百分含量為：C:0.72～0.98％,Si:1.40～1.67％,Mn:1.75～2.10％,P≤0.005％,S≤0.005％,Cr:0.90～1.34％,Ni:1.30～1.60％,Mo:0.20～0.30％，其余為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種超細組織貝氏體鋼，其特征在于，其化學成分的重量百分含量為：C:0.78～0.80％,Si:1.49～1.57％,Mn:1.82～1.90％,P≤0.005％,S≤0.005％,Cr:0.97～1.06％,Ni:1.35～1.37％,Mo:0.24～0.30％,其余為Fe和不可避免的雜質,其中，合金總質量百分含量不高于7％，Cr+Mo質量百分含量不小于1.3％，Mn+Cr+Ni質量百分含量不小于4.0％，不大于4.4％。
3.根據權利要求2所述的一種超細組織貝氏體鋼，其特征在于，其化學成分的重量百分含量為：C:0.80％,Si:1.51％,Mn:1.90％,P≤0.005％,S≤0.005％,Cr:1.02％,Ni:1.36％,Mo:0.
4.一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的合金熔煉采用的熔煉方法是真空感應加電渣重熔兩者結合。
6.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的強烈溫變形處理的軋制方法為2道次連續同步軋制加2道次連續異步軋制。
7.根據權利要求6所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，同步軋制和異步軋制交替進行，每道次變形量不小于15％，累積變形量不小于80％。
8.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，步驟(5)等溫貝氏體轉變熱處理中淬火所采用的冷卻方式為硝酸銨鹽淬，冷卻速度≥100℃/s。
9.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，步驟(5)等溫貝氏體轉變熱處理所選擇的保溫溫度為200～250℃。
10.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，所制備貝氏體鋼的微觀組織由針狀貝氏體和超細殘余奧氏體組成，貝氏體鐵素體體積分數≥60％，針狀貝氏體厚度≤200nm，超細殘余奧氏體等效尺寸≤1μm。
11.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，所制備的貝氏體鋼中存在納米級析出，等效尺寸≤100nm。
12.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，所制備的超細組織貝氏體鋼的屈服強度不低于1000MPa，抗拉強度不低于1900MPa，均勻延伸率不低于10.0％。
...【技術特征摘要】
1.一種超細組織貝氏體鋼，其特征在于，其化學成分的重量百分含量為：c:0.72～0.98％,si:1.40～1.67％,mn:1.75～2.10％,p≤0.005％,s≤0.005％,cr:0.90～1.34％,ni:1.30～1.60％,mo:0.20～0.30％，其余為fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種超細組織貝氏體鋼，其特征在于，其化學成分的重量百分含量為：c:0.78～0.80％,si:1.49～1.57％,mn:1.82～1.90％,p≤0.005％,s≤0.005％,cr:0.97～1.06％,ni:1.35～1.37％,mo:0.24～0.30％,其余為fe和不可避免的雜質,其中，合金總質量百分含量不高于7％，cr+mo質量百分含量不小于1.3％，mn+cr+ni質量百分含量不小于4.0％，不大于4.4％。
3.根據權利要求2所述的一種超細組織貝氏體鋼，其特征在于，其化學成分的重量百分含量為：c:0.80％,si:1.51％,mn:1.90％,p≤0.005％,s≤0.005％,cr:1.02％,ni:1.36％,mo:0.26％,其余為fe和不可避免的雜質，其中合金總質量百分含量為6.85％，cr+mo質量百分含量為1.28％，mn+cr+ni質量百分含量為4.28％。
4.一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種超細組織貝氏體鋼的制備方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃天愛，付立銘，馬碩，單愛黨，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：
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