專利名稱：一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋼鐵材料制備領(lǐng)域，涉及一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度、高塑性誘導(dǎo)塑性鋼。
背景技術(shù)：
Fe-Mn-Al-C系合金是在Fe-Mn-C基和Fe-Mn-Al基合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為高錳 鋼的發(fā)展提供了新的途徑。由于A1的密度比較低，因此這種材料具有很高的強(qiáng)度質(zhì)量比 (strength-toieigh ratio)。與同等強(qiáng)度級別的鐵合金比較可以降低14-20%的重量， 因此這種鋼鐵材料可以用于要求減重的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)部件，尤其利于汽車的減重等方面。
Fe-Mn-A1-C系合金的研究主要集中在以下兩個(gè)方向Al和C含量相對較高的 Fe-Mn-Al基合金的機(jī)械性能曾經(jīng)被廣泛的研究過。這些研究主要基于時(shí)效硬化的基礎(chǔ)之 上(文獻(xiàn) 1: J". W. Lee， T. F. Liu Materials, Phase transformations in an Fe - 8A1 - 30Mn - 1. 5Si - 1. 5C alloy) ， Chemistry and Physics 69 (2001) 192 - 198.)。 研究了在500-1000。C過時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間達(dá)1-30小時(shí)的組織變化。文獻(xiàn)2(Je Doo, Kyung-Tae Park., Microband-induced plasticity in a high Mn-Al-C light steel. Materials Science and Engineering A, 496(2008)417-424.)研究了通過時(shí)效 處理(IOO(TC保溫1小時(shí))最好的性能可以達(dá)到屈服強(qiáng)度730Mpa，抗拉強(qiáng)度1000MPa， 延伸率達(dá)到55%。
由以上分析可見現(xiàn)有的技術(shù)僅用時(shí)效處理得到單一性能的Fe-Mn-Al-C系合金性能， 且時(shí)效處理溫度高，時(shí)間長，不利于大規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，解決 現(xiàn)有工藝中時(shí)效處理溫度高，時(shí)間長，不利于大規(guī)模化生產(chǎn)的難題。
一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其成分范圍為 C%:0. 6-1. 2wt%， Mn%: 18-33wt%， Al%:8_13wt%, S%<0. 008%, P%〈0. 02%，余量為Fe或不可 避免的雜質(zhì)。層錯(cuò)能控制在30-100 mj mm2。其中錳含量的優(yōu)選范圍為20-28wt%;鋁 含量的優(yōu)選范圍為9-12wt%。 制備步驟為
1.釆用電磁感應(yīng)爐真空熔煉，充氬氣保護(hù)，澆鑄成板坯。2.利用軋制技術(shù)，經(jīng)熱軋、冷軋，其中熱軋的加熱溫度120CTC，保溫3小時(shí) 后，在350 二輥熱軋機(jī)上熱軋，得到厚度為2.5 3.5mm左右的熱軋薄板，總變形 量為80 90%，熱軋溫度1100-850°C，終軋溫度控制不低于750°C。在430四輥冷 軋機(jī)上冷軋，冷軋板厚度0.8-1.5nim，最優(yōu)控制在0. 8_1. 2mm,冷軋壓下率控制在 30-80%,最優(yōu)控制在50-70%。
3.熱處理工藝將、0.8-1.5mm厚的冷軋鋼板在加熱爐中在設(shè)定溫度(p0-1300 。C)保溫10-20分鐘后，以10-50°C/s的速度冷卻至室溫。
本發(fā)明材料微觀結(jié)構(gòu)熱處理后變形前是奧氏體基體中存在有退火孿晶和析出的 (Fe，Mn)3AlC,碳化物，其晶粒尺寸為2-40咖，退火孿晶生長并貫穿于晶粒內(nèi)部；經(jīng)變形
后，在外力作用下形成形變孿晶，同時(shí)在變形過程中滑移帶誘導(dǎo)塑性，這些變形機(jī)制共 同作用使本發(fā)明的鋼鐵材料具有高強(qiáng)度高塑性。
本材料通過工藝控制得到不同級別的強(qiáng)度和塑性的配比，可得到540 - 1240MPa的屈 服強(qiáng)度和780-1310MPa的抗拉強(qiáng)度以及10. 0-76. 0%延伸率。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 具有優(yōu)良的性質(zhì)。本發(fā)明利用成熟的軋制技術(shù)和熱處理工藝制備出具有退火孿 晶和析出的(Fe，Mn)3AlCx碳化物，其晶粒尺寸為2-40Mm，具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明 材料具有很高的強(qiáng)度質(zhì)量比，與同等強(qiáng)度級別的鐵合金比較可以降低14-20%的重量
2. 應(yīng)用前景好。由于本發(fā)明中這種鋼鐵材料特殊的化學(xué)成分經(jīng)過簡單的熱處理后 使得材料具有高強(qiáng)度的同時(shí)具有高塑性。因此，這種高強(qiáng)度高塑性的鋼鐵^"料對高速發(fā)
展的汽車行業(yè)及軍工用品方面和需要的發(fā)展具有重要價(jià)值
3. 制備方法簡單。本發(fā)明利用傳統(tǒng)的煉鋼技術(shù)、軋制工藝和熱處理技術(shù)，只需控 制熱處理溫度和時(shí)間及冷卻速度即可獲得。
4成本低。本發(fā)明的鋼鐵材料不需要添加貴重的合金元素，只需常用的價(jià)格較低的 錳、鋁元素即可獲得本鋼鐵材料。


圖1熱處理后的金相組織
圖2 EBSD表示的退火孿晶(紅色線條為退火孿晶) 圖3基體中存在的(Fe,Mn)3Aia碳化物 圖4變形后的滑移帶
具體實(shí)施例方式
下面附圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明 實(shí)施例l
1. 利用傳統(tǒng)的真空冶煉和熱軋、冷軋工藝制備出鋼板
冶煉工藝采用電磁感應(yīng)爐真空熔煉，充氬氣保護(hù)。其成分為
C%:0. 96wt%， Mn%:26. 7wt%， Al%: 10. 9wt%， S%<0. 008%, P%〈0. 02%，余量為Fe或不可避 免的雜質(zhì)。層錯(cuò)能控制在85 mj mra2。
軋制工藝?yán)密堉萍夹g(shù)，經(jīng)熱軋、冷軋，其中熱軋的加熱溫度120(TC，保溫3小 時(shí)后，在350二輥熱軋機(jī)上熱軋，得到厚度為2.5 3.5mm左右的熱軋薄板，總變形量為 80 90%，其開軋和終軋溫度分別為1100'C和85(rC。在430四輥冷軋機(jī)上冷軋，冷軋至 l.Omm厚的薄板，進(jìn)行熱處理。
2. 熱處理工藝將1.0mm厚的冷軋鋼板在加熱爐中在設(shè)定溫度110(TC,保溫15分鐘后， 以20TVs的速度冷卻至室溫。
光學(xué)顯微組織觀察其室溫組織為奧氏體基體的退火孿晶，退火后的組織有邊界平直 的退火孿晶出現(xiàn)(圖l和圖2所示)，在晶粒內(nèi)部和晶界存在有(Fe，Mn)3AlC,碳化物(圖 3所示)，鋼鐵材料的晶粒大小20-40陶。圖4為變形后存在滑移帶。得到性能為抗拉 強(qiáng)度為880MPa，屈服強(qiáng)度為580MPa，延伸率為76. 5%。 實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同之處在于將熱處理溫度控制在75(TC保溫20分鐘后，以l(TC/s的速度冷卻 至室溫。得到的性能為抗拉強(qiáng)度為1310MPa，屈服強(qiáng)度為1240MPa，延伸率為10.5%。 實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同之處在于將熱處理溫度控制在130(TC保溫10分鐘后，以3(TC/s的速度冷 卻至室溫。得到的性能為抗拉強(qiáng)度為815MPa，屈服強(qiáng)度為550MPa，延伸率為51.0%。 實(shí)施例4 '
與實(shí)施例l不同之處在于鋼鐵材料的成分為
C%:0. 6wt%， Mn%: 18wt%， Al%:8wt%, S%〈0. 008%, P%<0. 02%，余量為Fe或不可避免的雜 質(zhì)。層錯(cuò)能是35 mj ram2。
軋制工藝同實(shí)施例l的過程，熱處理溫度90(TC保溫15分鐘后，以3(TC/s的速度冷卻至室 溫。得到的性能為抗拉強(qiáng)度為880MPa，屈服強(qiáng)度為450MPa，延伸率為65.0%。
權(quán)利要求
1. 一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其特征是材料成份范圍為C％0.6-1.2wt％，Mn％18-33wt％，Al％8-13wt％，S％<0.008％，P％<0.02％，余量為Fe或不可避免的雜質(zhì)；層錯(cuò)能控制在30-100mJ·mm2；制備步驟為1). 采用電磁感應(yīng)爐真空熔煉，充氬氣保護(hù)，澆鑄成板坯；2). 利用軋制技術(shù)，經(jīng)熱軋、冷軋，其中熱軋的加熱溫度1200℃，保溫3小時(shí)后，在350二輥熱軋機(jī)上熱軋，得到厚度為2.5～3.5mm的熱軋薄板，總變形量為80～90％，熱軋溫度1100-750℃；在430四輥冷軋機(jī)上冷軋，冷軋板厚度0.8-1.5mm，冷軋壓下率控制在30-80％；3). 熱處理工藝將0.8-1.5mm厚的冷軋鋼板在加熱爐中在設(shè)定溫度700-1300℃保溫10-20分鐘后，以10-50℃/s的速度冷卻至室溫。
2. 如權(quán)利要求1所述高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其特 征是熱軋溫度1100-850°C。
3. 如權(quán)利要求1所述高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其特 征是冷軋壓下率控制在50-70%。
4. 如權(quán)利要求1所述高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其特征是冷軋薄板最終熱處理工藝是在750-1300'C的范圍內(nèi)保溫10-20分鐘。
5. 如權(quán)利要求1所述高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其特征 是熱處理后的冷卻速度是10-20°C/s。
6. 如權(quán)利要求1所述高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，其特征 是冷軋板厚度是0. 8-1. 2mm。
全文摘要
一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法，屬于鋼鐵材料加工領(lǐng)域。一種高錳高鋁含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料其成分范圍為C％0.6-1.2wt％，Mn％18-33wt％，Al％8-13wt％，S％＜0.008％，P％＜0.02％，余量為Fe或不可避免的雜質(zhì)。制備步驟為冶煉制備的材料板坯經(jīng)熱軋、冷軋，冷軋板厚度0.8-1.5mm，冷軋鋼板在加熱爐中在700-1300℃保溫10-20分鐘后，以10-50℃/s的速度冷卻至室溫。本發(fā)明可通過工藝控制得到不同級別的強(qiáng)度和塑性的配比，其性能為540-1240MPa的屈服強(qiáng)度、780-1310MPa的抗拉強(qiáng)度以及10.0-76.0％延伸率。本發(fā)明制備的材料對迅速發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)和軍工行業(yè)具有重要的價(jià)值和極大的應(yīng)用空間。
文檔編號C21D8/02GK101445864SQ20081023915
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者代永娟, 呂建崇, 荻 唐, 李慎升, 江海濤, 米振莉 申請人:北京科技大學(xué)