一種納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板及其制備方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板及其制備方法。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]鋼是所有金屬中用途最廣泛的一種材料，在航空、核能、艦船、石化等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，鋼材的性能與人們的生活安全密切相關(guān)。目前，工業(yè)用鋼的開發(fā)主要致力于提高鋼的強(qiáng)度并保持其成形性。研發(fā)質(zhì)量輕、耐沖擊的運(yùn)輸工具體系的新設(shè)計(jì)理念要求開發(fā)強(qiáng)度高及能量吸收能力優(yōu)良、比質(zhì)量輕的材料。提高強(qiáng)度可以減輕重量(滿足節(jié)能環(huán)保需求)，而提高塑性則可滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的形狀設(shè)計(jì)及提高安全性能的需求。但由于我國鋼鐵企業(yè)對(duì)一些高附加值鋼材產(chǎn)品生產(chǎn)能力不足，長期依賴進(jìn)口。自上世紀(jì)90年代開始，中國造船業(yè)大規(guī)模進(jìn)入國際市場并已逐步成為我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，船舶工業(yè)持續(xù)呈現(xiàn)強(qiáng)勁的增長勢頭，占世界造船市場份額不斷擴(kuò)大。為了推動(dòng)中國造船的持續(xù)發(fā)展，國家發(fā)改委曾提出在2015年打造第一造船國，船舶產(chǎn)量大于2400萬載重噸，占世界市場份額的35 %左右。隨著我國造船事業(yè)的蓬勃發(fā)展，船用鋼板的需求持續(xù)增加，而船舶的大型化和輕型化，一般強(qiáng)度船板己不能滿足船體的需求，高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼板的比例正在不斷提高。研究結(jié)構(gòu)鋼微合金化、超細(xì)晶化對(duì)鋼性能的影響，通過試驗(yàn)分析研究高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼板的力學(xué)性能，對(duì)于探討未來高強(qiáng)度船體用鋼的發(fā)展方向具有促進(jìn)作用。

　　[0003]基礎(chǔ)理論的突破是新一代船體結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展的關(guān)鍵。發(fā)達(dá)國家正在加緊研發(fā)相當(dāng)于目前常用鋼材強(qiáng)度2倍甚至更高的超級(jí)鋼。它具有超細(xì)化、超潔凈、超均質(zhì)的組織和成分特征，以及高強(qiáng)度高韌性的力學(xué)性能特征。我國稱它為“新一代鋼鐵材料”，而日本稱它為“超級(jí)鋼” O

　　[0004]“新一代鋼鐵材料”或“超級(jí)鋼”的核心理論和技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鋼材內(nèi)部組織的超細(xì)化，將目前細(xì)晶鋼的基體組織細(xì)化至微米數(shù)量級(jí)，使其強(qiáng)度顯著提高。它的強(qiáng)化途徑完全不同于傳統(tǒng)的以合金元素添加為主要手法的強(qiáng)化途徑，而是采用了盡量降低合金成分含量，使其碳當(dāng)量維持在低碳鋼的水平上，依靠晶粒超細(xì)化來提高強(qiáng)度。超級(jí)鋼鐵材料的研究計(jì)劃采用了晶粒超微細(xì)化、成分合金化或不添加合金元素的途徑，可以獲得易于焊接的以鐵素體為主相組織的鋼材。這是在前一時(shí)期的理論突破基礎(chǔ)上制定并開始實(shí)施的計(jì)劃，對(duì)未來高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

　　[0005]我國對(duì)超細(xì)晶粒鋼的研究，除了采用強(qiáng)力變形和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶乳制因素外，主要發(fā)展了形變和相變耦合在超細(xì)晶鋼中的作用。形成了以變形誘導(dǎo)鐵素體相變(DIFT)為核心的細(xì)晶?；虺?xì)晶粒形成理論和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶粒或超細(xì)晶粒鋼的工業(yè)化生廣。變形誘導(dǎo)鐵素體相變是指在鋼的Acl溫度附近施加變形，變形中奧氏體能量升高，穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致奧氏體一鐵素體相變。由于相變是在變形過程中，而不是在變形之后的冷卻過程中發(fā)生的，因而又被稱為動(dòng)態(tài)相變(Dynamic Transformat1n)。這種相變之所以引起人們的關(guān)注，一方面是因?yàn)樗軌颢@得超細(xì)晶，另一方面是因?yàn)樗哂休^好的工業(yè)化前景。

　　[0006]高強(qiáng)度高韌性是鋼鐵材料的主要追求目標(biāo)。目前所遇到的主要問題是如何在提高其強(qiáng)度的同時(shí)能保持良好的韌性。提高鋼鐵材料強(qiáng)度的途徑主要包括利用點(diǎn)缺陷(固溶強(qiáng)化)、線缺陷(位錯(cuò))、面缺陷(細(xì)晶)及體缺陷(第二相)的強(qiáng)化作用等四種。其中，通過細(xì)化晶粒使晶粒(或亞結(jié)構(gòu))減小至超細(xì)晶/納米尺度是同時(shí)獲得超尚強(qiáng)度及尚初性鋼的有效方法。但是，晶粒細(xì)化到Imm之后，由于屈服強(qiáng)度的提高明顯大于抗拉強(qiáng)度的提高，屈服比將迅速增大到0.9以上，對(duì)安全性和冷加工性能明顯不利。因此，在晶粒細(xì)化的同時(shí)，對(duì)于第二相的微細(xì)化及其形狀和分布狀態(tài)的有效控制是未來鋼鐵材料科學(xué)與技術(shù)的最重要發(fā)展方向。在提高鋼鐵材料強(qiáng)度的各種措施中，細(xì)化晶粒是鋼鐵材料發(fā)展的重要方向。

　　[0007]目前，美國、日本、瑞典的納米結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)業(yè)化發(fā)展較快。正在探索的將晶粒細(xì)化至納米量級(jí)的結(jié)構(gòu)鋼及合金的制造工藝主要包括:激光熔化和攪拌摩擦處理;相轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)納米/超細(xì)晶粒鋼;馬氏體時(shí)效處理和相變誘導(dǎo)塑性(TRIP)效應(yīng)相結(jié)合。

　　[0008]高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)是采用在C-Mn鋼基礎(chǔ)上加入適量Cu，Ni，Cr等元素以改善鋼的耐大氣腐蝕性。其特點(diǎn)為:(l)C，Mn，元素以固溶強(qiáng)化的作用保證鋼的基本強(qiáng)度要求；(2)嚴(yán)格控制S，P的含量，確保鋼板具有良好的沖擊韌性；(3)合金元素Cu，Ni，Cr等可以提高鋼的強(qiáng)度，還可以改善鋼的抗大氣腐蝕性能，Ni還能降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)折溫度。

　　[0009]考慮到大生產(chǎn)的要求以及高強(qiáng)度船板強(qiáng)度與塑性的配比，韌性的儲(chǔ)備及可焊性、耐腐性、交貨狀態(tài)等要求，并據(jù)此進(jìn)行成分設(shè)計(jì)。實(shí)際操作中C含量按中下限控制，主要是從“降C提Mn”的角度出發(fā)，這樣既可以滿足強(qiáng)度的要求，又可以改善鋼材的韌性和焊接性能。實(shí)際冶煉過程中采用Al微合金化，達(dá)到細(xì)化晶粒提高沖擊韌性的目的并避免了因強(qiáng)度過高而造成的延伸率降低。

　　[0010]目前，普通的鐵素體鋼屈服強(qiáng)度約為lOOMPa，抗拉強(qiáng)度270MPa;在微合金化后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可以分別提高另為150MPa、320MPa(景財(cái)年，王作成，韓福濤，張文平，衣彥宏，鐵素體區(qū)熱乳T1-1F鋼的組織和性能，特殊鋼，卷2，23-25(2006);李賀杰，趙勁松，韓靜濤，劉均賢，IF鋼(無間隙原子鋼)的發(fā)展、應(yīng)用及展望，唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，卷21，3-6(2007))。然而，實(shí)踐表明，汽車用鋼最理想的屈服強(qiáng)度值應(yīng)該在400?700MPa之間(0.Bouaziz，

　　S.Allain,C.P.Scott,High manganese austenitic twinning induced plasticitys t e e I s: A review of the microstructure propertiesrelat1nships.Curr.0pin.Solid State Mater.Sc1.Vo 1.15，141-152(2011))。因此，如何通過適當(dāng)?shù)某煞旨凹庸すに囋O(shè)計(jì)，通過晶界或亞結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)的阻礙釘扎作用，提高鐵素體鋼的屈服強(qiáng)度，同時(shí)使其具有一定的塑性變形能力，降低初次使用時(shí)的變形量而進(jìn)一步提高鐵素體鋼耐沖擊性、能量吸收能力而使其成為新一代運(yùn)輸工具材料，成為材料研究工作者的新課題及研究熱點(diǎn)之一。

　　[0011]在工程應(yīng)用上，為了強(qiáng)化材料采用細(xì)化晶粒法，即利用大量晶界限制或釘乳位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來提高材料的強(qiáng)度，可由著名的Hall-PetCh關(guān)系(0=0Q+kd—1/2)來描述。人們已經(jīng)從各種金屬及合金中觀察到高強(qiáng)度，大多數(shù)金屬材料的屈服強(qiáng)度和硬度值隨晶粒尺寸的減小表現(xiàn)出增加的趨勢，很好地遵從Hal 1-Petch關(guān)系。然而，大量科研實(shí)踐已經(jīng)證明，當(dāng)晶粒尺寸減小到納米尺度時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度和硬度值出現(xiàn)了非線性特征，因此需要尋找新的材料強(qiáng)化方法。

　　[0012]普通粗晶體鋼(晶粒尺寸約為ΙΟΟμπι)在室溫下拉伸的屈服強(qiáng)度(oy)僅為90MPa，超細(xì)晶微合金鋼(Fe-0.8C，晶粒尺寸約為6μπι)在室溫下拉伸，其屈服強(qiáng)度oy 3 1MPa(Bramfitt B.L.,MarderA.R.,Metallurgical and Petroleum Engineers，191-198(1973))。普通鐵素體鋼在微合金化后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可以分別提高另為150MPa和320MPa(景財(cái)年，王作成，韓福濤，張文平，衣彥宏，鐵素體區(qū)熱乳T1-1F鋼的組織和性能，特殊鋼，卷2，23-25(2006))，但是，其較低的強(qiáng)度無法滿足運(yùn)輸制造工業(yè)對(duì)抗沖擊性能及低的比質(zhì)量的要求。

　　[0013]土耳其、美國及德國科學(xué)家合作(0.Saray ,G.Purcek，1.Karaman，T.Neindorf，

　　H.J.Maier,Equa1-channelangular sheet extrus1n of interstitial-free(IF)steel:Microstructural evolut1n and mechanical properties,Mater.Sc1.Eng.A,Vol.528,6573-6583(2011))，采用真空熔煉-熱乳-等通道擠壓技術(shù)制備的含Ti鐵素體鋼，屈服強(qiáng)度為459MPa，抗拉強(qiáng)度463MPa，但是加工成本較高，由于所采用的技術(shù)制備得到的樣品尺寸只能滿足實(shí)驗(yàn)室研究使用，無法進(jìn)行工業(yè)推廣。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0014]針對(duì)現(xiàn)有鐵素體鋼在綜合性能上存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板及其制備方法，通過溫乳及退火過程中形成的納

　　米級(jí)球形滲碳體及亞微米級(jí)鐵素體晶粒等結(jié)構(gòu)來細(xì)化晶粒，使材料產(chǎn)生與Hall-Petch效應(yīng)相似的強(qiáng)化作用，制成具有納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的高強(qiáng)度鐵素體鋼。

　　[0015]本發(fā)明的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Cr:

　　0.95?1.05%，Mo:0.95?1.00%，Mn:0.68?0.75%，N1:0.57?0.62%，A1:0.37?0.52%，C:0.39?0.45%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì);鐵素體鋼板的微觀結(jié)構(gòu)為等軸鐵素體晶粒，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，晶粒的直徑在0.4?3μπι，納米級(jí)球形滲碳體的尺寸是70?150nm;鐵素體鋼板的厚度為1.4?2.0mm0

　　[0016]本發(fā)明的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，抗拉強(qiáng)度為1040?1270MPa，屈服強(qiáng)度為1000?124010^;拉伸延展率為16?21%。

　　[0017]本發(fā)明的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，包括如下步驟:

　　[0018]步驟I，熔煉:

　　[0019]按照納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的化學(xué)成分配料，在保護(hù)氣體條件下熔煉，澆注成鑄錠；

　　[0020]步驟2，熱乳:

　　[0021](I)將鑄錠加熱至1100?1150 °C，保溫I?1.5h進(jìn)行固溶處理；

　　[0022](2)將鑄錠進(jìn)行熱乳:開乳溫度為1000?1090°C，熱乳總壓下率為63?72%，終乳溫度為960?980 0C，得到厚度為6.5 ± 0.5mm的熱乳板；

　　[0023]步驟3，溫乳:

　　[0024](I)將熱乳板空冷至750?780°C，保溫5?1min;

　　[0025](2)將熱乳板溫乳:乳制速度0.2?0.3m/s，溫乳總壓下率為72?78%，得到厚度為

　　1.4?2.0mm的溫乳板；

　　[0026]步驟4，退火:

　　[0027](I)將溫乳板進(jìn)行退火:退火溫度為550?650°C，保溫5?15min;

　　[0028](2)空氣中冷卻至室溫，得到厚度為1.4?2.0mm的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板。

　　[0029]其中:

　　[0030]上述的步驟I中，熔煉溫度為1500?1550°C;保護(hù)氣體為氬氣。

　　[0031]本發(fā)明的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為:

　　[0032]本發(fā)明是通過控制成分、熱乳溫度、溫乳溫度、溫乳量、退火溫度和退火時(shí)間等因素，在適當(dāng)?shù)募庸l件下通過塑性變形及控制析出，形成大量納米級(jí)球形滲碳體，這些亞結(jié)構(gòu)大部分分布于鐵素體晶界區(qū)域，對(duì)晶界具有較強(qiáng)的釘扎作用，通過抑制鐵素體晶粒長大而使其得到細(xì)化，同時(shí)在塑性變形過程中這些納米級(jí)球形滲碳體對(duì)于運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)具有較強(qiáng)的釘扎作用，使金屬得到了強(qiáng)化；

　　[0033]這是利用微合金鋼在在加熱及壓縮變形過程中因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生析出，形成碳化物微粒，這些碳化物具有較小的尺寸，較高的強(qiáng)度，而且分布在鐵素體晶界區(qū)域，抑制了在兩相區(qū)乳制過程中鐵素體晶界的迀移及長大，細(xì)化了晶粒，同時(shí)這些納米級(jí)球形滲碳體也是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)障礙物，使材料中的界面顯著增加，使材料在塑性變形的同時(shí)因?yàn)榇罅考{米級(jí)球形滲碳體及細(xì)化的亞微米鐵素體晶界對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用而使其強(qiáng)度增加，與通過晶粒細(xì)化導(dǎo)致材料強(qiáng)化具有相同的效果，而且綜合利用了鐵素體的良好塑性，從而使材料同時(shí)具有高強(qiáng)度及較好的塑性變形能力。

　　[0034]本發(fā)明的得到的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的高強(qiáng)度鐵素體鋼板產(chǎn)品的晶粒內(nèi)部存在的亞結(jié)構(gòu)主要為納米級(jí)球形滲碳體。這種納米級(jí)碳化物具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)抑制了鐵素體晶界的迀移及長大，細(xì)化了晶粒。具有很高的室溫拉伸強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于用傳統(tǒng)方法制備的相當(dāng)晶粒尺寸的鐵素體鋼樣品的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度;產(chǎn)品應(yīng)用性極強(qiáng)，與相同成分的商業(yè)產(chǎn)品相比，具有較好的加工性能及良好的塑性變形能力此類結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有一定的阻礙作用，該材料所具有的很高的強(qiáng)度及較好的塑性變形能力的特點(diǎn)，對(duì)迅速發(fā)展的船舶工業(yè)，軍用運(yùn)輸工具及穿甲板用材料，機(jī)械制造業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要價(jià)值。

　　[0035]本發(fā)明的制備方法簡單，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，只需改進(jìn)工藝條件，控制適當(dāng)?shù)臒崽幚砑叭橹茀?shù)即可獲得。

　　【附圖說明】

　　[0036]圖1本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的微觀組織形貌圖；

　　[0037]圖2本發(fā)明實(shí)施例2制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的微觀組織形貌圖；

　　[0038]圖3本發(fā)明實(shí)施例3制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的微觀組織形貌圖；

　　[0039]圖4本發(fā)明實(shí)施例制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板在室溫條件下，單向拉伸的工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線圖；其中:I為實(shí)施例1的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，2為實(shí)施例2的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，3為實(shí)施例3的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0040]本發(fā)明實(shí)施例中采用的熱乳設(shè)備為Φ450雙輥單向異步乳機(jī)。

　　[0041]本發(fā)明實(shí)施例中采用的溫乳設(shè)備為Φ160 X 180雙輥乳機(jī)。

　　[0042]本發(fā)明實(shí)施例中冷乳后采用的保溫設(shè)備為SX2-12-10型箱式電阻爐。

　　[0043]本發(fā)明實(shí)施例中采用的熔煉設(shè)備為真空感應(yīng)爐。

　　[0044]本發(fā)明實(shí)施例中采用的金屬?6、金屬0、祖、111、10的重量純度均2 99.9%。

　　[0045]本發(fā)明實(shí)施例中將冶煉的物料置于真空度

　　[0046]實(shí)施例1

　　[0047]納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Cr:1.05%,Mo:1.00%，Mn:0.72%，N1:0.60%，Al:0.45%，C:0.42%，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；鐵素體鋼板的微觀結(jié)構(gòu)為等軸鐵素體晶粒，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，晶粒的直徑在0.4?0.5μηι，納米級(jí)球形滲碳體的尺寸是70?80nm;鐵素體鋼板的厚度為1.7mm。

　　[0048]納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，包括如下步驟:

　　[0049]步驟I，熔煉:

　　[0050]按照納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的化學(xué)成分配料，在氬氣保護(hù)條件下熔煉，熔煉溫度為1500 0C，澆注成鑄錠；

　　[0051 ] 鑄錠中各雜質(zhì)成分按質(zhì)量百分比為:Cu: 0.02%，S1:0.12%，P: 0.016%，B:

　　0.005% ,ff:0.028% ,N:0.002% ,S:0.008% ；

　　[0052]步驟2，熱乳:

　　[0053](I)將鑄錠加熱至1100°C，保溫Ih進(jìn)行固溶處理；

　　[0054](2)將鑄錠進(jìn)行熱乳:開乳溫度為1000°C，熱乳總壓下率為72%，終乳溫度為9600C，得到厚度為6mm的熱乳板；

　　[0055]步驟3，溫乳:

　　[0056](I)將熱乳板空冷至750Γ，保溫5min;

　　[0057](2)將熱乳板溫乳:乳制速度0.2m/s，溫乳總壓下率為75%，得到厚度為1.7mm的溫乳板；

　　[0058]步驟4，退火:

　　[0059](I)將溫乳板進(jìn)行退火:退火溫度為550V，保溫5min;

　　[0060](2)空氣中冷卻至室溫，得到厚度為1.7mm的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板。

　　[0061]本實(shí)施例制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，其抗拉強(qiáng)度1270MPa，屈服強(qiáng)度1240MPa，拉伸延展性16% ;其微觀結(jié)構(gòu)為超細(xì)鐵素體晶粒，晶粒的直徑在0.4?0.5μπι，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，球形滲碳體的尺寸70?80nm，微觀組織形貌如圖1所示，單向拉伸的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖4所示(樣品A)，從曲線中可以看出其應(yīng)力變化完全滿足工業(yè)船舶用鋼要求。

　　[0062]普通粗晶體微合金鋼(晶粒尺寸約為ΙΟΟμπι)在室溫下拉伸，其屈服強(qiáng)度在90MPa;超細(xì)晶微合金鋼(晶粒尺寸約為6μπι)在室溫下拉伸，其屈服強(qiáng)度310MPa，抗拉強(qiáng)度為630MPa ；具有納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的尚強(qiáng)度鐵素體鋼板材料的晶粒尺寸約為超細(xì)晶微合金鋼晶粒尺寸的1/10，屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度值分別提高了 4倍及2倍;具有納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的高強(qiáng)度鐵素體鋼板材料與普通粗晶鋼相比，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都提高了近12倍。

　　[0063]實(shí)施例2

　　[0064]納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Cr:1.

　　00%,Mo:

　　0.97%，Mn:0.75%，N1:0.57%，Al:0.52%，C:0.45%，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；鐵素體鋼板的微觀結(jié)構(gòu)為等軸鐵素體晶粒，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，晶粒的直徑在0.5?0.6μηι，納米級(jí)球形滲碳體的尺寸是90?10nm;鐵素體鋼板的厚度為2mm。

　　[0065]納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，包括如下步驟:

　　[0066]步驟I，熔煉:

　　[0067]按照納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的化學(xué)成分配料，在氬氣保護(hù)條件下熔煉，熔煉溫度為1525 °C，澆注成鑄錠；

　　[0068]鑄錠中各雜質(zhì)成分按質(zhì)量百分比為:Cu:0.03%，S1:0.11%，P:0.017%，B:

　　0.008% ,ff:0.026% ,N:0.002% ,S:0.007% ；

　　[0069]步驟2，熱乳:

　　[0070](I)將鑄錠加熱至1130°C，保溫1.5h進(jìn)行固溶處理；

　　[0071](2)將鑄錠進(jìn)行熱乳:開乳溫度為1050°C，熱乳總壓下率為63%，終乳溫度為9800C，得到厚度為7mm的熱乳板；

　　[0072]步驟3，溫乳:

　　[0073](I)將熱乳板空冷至770Γ，保溫5min;

　　[0074](2)將熱乳板溫乳:乳制速度0.2m/s，溫乳總壓下率為72%，得到厚度為2mm的溫乳板；

　　[0075]步驟4，退火:

　　[0076](I)將溫乳板進(jìn)行退火:退火溫度為60(TC，保溫1min;

　　[0077](2)空氣中冷卻至室溫，得到厚度為2_的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板。

　　[0078]本實(shí)施例制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，其抗拉強(qiáng)度1080MPa，屈服強(qiáng)度IlOOMPa，拉伸延展性19% ;其微觀結(jié)構(gòu)為超細(xì)鐵素體晶粒，晶粒的直徑在0.5?0.6μπι，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，球形滲碳體組織的尺寸90?100nm，微觀組織形貌如圖2所示，單向拉伸的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖4所示(樣品B)，從曲線中可以看出其應(yīng)力變化完全滿足工業(yè)船舶用鋼要求。

　　[0079]采用真空熔煉-熱乳-等通道擠壓技術(shù)制備的含鈦鐵素體鋼，屈服強(qiáng)度為459MPa，抗拉強(qiáng)度463MPa，但是加工成本較高，而且，所采用的技術(shù)制備得到的樣品尺寸只能滿足實(shí)驗(yàn)室研究使用，無法進(jìn)行工業(yè)推廣，其綜合性能與具有納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的高強(qiáng)度鐵素體鋼板材料相比有顯著差距。

　　[0080]實(shí)施例3

　　[0081 ]納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Cr:1.00%,Mo:

　　0.97%，Mn:0.75%，N1:0.57%，Al:0.37%，C:0.39%，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；鐵素體鋼板的微觀結(jié)構(gòu)為等軸鐵素體晶粒，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，晶粒的直徑在2?3μηι，納米級(jí)球形滲碳體的尺寸是130?150nm;鐵素體鋼板的厚度為1.4mm。

　　[0082]納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，包括如下步驟:

　　[0083]步驟I，熔煉:

　　[0084]按照納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的化學(xué)成分配料，在氬氣保護(hù)條件下熔煉，熔煉溫度為1550 0C，澆注成鑄錠；

　　[0085]鑄錠中各雜質(zhì)成分按質(zhì)量百分比為:Cu:0.01%，S1:0.13%，Ρ:0.013%，B:

　　0.006% ,ff:0.023% ,N:0.003% ,S:0.008% ；

　　[0086]步驟2，熱乳:

　　[0087](I)將鑄錠加熱至1150°C，保溫Ih進(jìn)行固溶處理；

　　[0088](2)將鑄錠進(jìn)行熱乳:開乳溫度為1090°C，熱乳總壓下率為68%，終乳溫度為9700C，得到厚度為6.5mm的熱乳板；

　　[0089]步驟3，溫乳:

　　[0090](I)將熱乳板空冷至780Γ，保溫5min;

　　[0091](2)將熱乳板溫乳:乳制速度0.2m/s，溫乳總壓下率為78%，得到厚度為1.4mm的溫乳板；

　　[0092]步驟4，退火:

　　[0093](I)將溫乳板進(jìn)行退火:退火溫度為650°C，保溫15min;

　　[0094](2)空氣中冷卻至室溫，得到厚度為1.4mm的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板。

　　[0095]本實(shí)施例制備的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，其抗拉強(qiáng)度1040MPa，屈服強(qiáng)度100MPa，拉伸延展性21 其微觀結(jié)構(gòu)為超細(xì)鐵素體晶粒，晶粒的直徑在2?3μπι，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，球形滲碳體組織的尺寸130?150nm，微觀組織形貌如圖3所示，單向拉伸的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖4所示(樣品C)，從曲線中可以看出其應(yīng)力變化完全滿足工業(yè)船舶用鋼要求。

　　[0096]普通鐵素體鋼在微合金化后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高另為150MPa和320MPa，顯然，在對(duì)強(qiáng)度、耐磨性能要求較高的領(lǐng)域，具有納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的高強(qiáng)度鐵素體鋼材料仍然具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1.一種納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，其特征在于，所述鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Cr:0.95 ?1.05%，Mo: 0.95?1.00 %，Mn: 0.68?0.75%，N1: 0.57 ?0.62%，Al:0.37?0.52%，C:0.39?0.45%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì);鐵素體鋼板的微觀結(jié)構(gòu)為等軸鐵素體晶粒，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，晶粒的直徑在0.4?3μπι，納米級(jí)球形滲碳體的尺寸是70?150nm;鐵素體鋼板的厚度為1.4?2.0mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板，其特征在于，所述鋼板的抗拉強(qiáng)度為1040?127010^，屈服強(qiáng)度為1000?124010^;拉伸延展率為16?21%。3.權(quán)利要求1所述的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，熔煉: 按照納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼薄板的化學(xué)成分配料，在保護(hù)氣體條件下熔煉，澆注成鑄錠； 步驟2，熱乳: (1)將鑄錠加熱至1100?1150°C，保溫I?I.5h進(jìn)行固溶處理； (2)將鑄錠進(jìn)行熱乳:開乳溫度為1000?1090°C，熱乳總壓下率為63?72%，終乳溫度為960?980 0C，得到厚度為6.5 ± 0.5mm的熱乳板； 步驟3，溫乳: (1)將熱乳板空冷至750?780°C，保溫5?1min; (2)將熱乳板溫乳:乳制速度0.2?0.3m/s，溫乳總壓下率為72?78%，得到厚度為1.4?2.0mm的溫乳板； 步驟4，退火: (1)將溫乳板進(jìn)行退火:退火溫度為550?650V，保溫5?15min; (2)空氣中冷卻至室溫，得到厚度為1.4?2.0mm的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，其特征在于，所述的步驟I中，熔煉溫度為1500?1550 °C。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板的制備方法，其特征在于，所述的保護(hù)氣體為氬氣。

　　【專利摘要】一種納米級(jí)球形滲碳體強(qiáng)化的鐵素體鋼板及其制備方法，鋼板的成分按質(zhì)量百分比：Cr：0.95～1.05％，Mo：0.95～1.00％，Mn：0.68～0.75％，Ni：0.57～0.62％，Al：0.37～0.52％，C：0.39～0.45％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；鐵素體鋼板的微觀結(jié)構(gòu)為等軸鐵素體晶粒，納米級(jí)球形滲碳體彌散分布于鐵素體晶界區(qū)域，晶粒的直徑在0.4～3μm，納米級(jí)球形滲碳體的尺寸是70～150nm；鐵素體鋼板的厚度為1.4～2.0mm。制備方法：(1)氣體保護(hù)下熔煉；(2)固溶處理后熱軋；(3)熱處理后溫軋；(4)退火得成品鋼板。本發(fā)明鋼板，提高了鋼板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，具有較好的加工性能和塑性變形能力；本發(fā)明制備方法簡單，可工業(yè)化生產(chǎn)。

　　【IPC分類】C22C38/04, C22C38/08, C22C38/12, C22C38/06, C21D8/02, C22C38/18

　　【公開號(hào)】CN105624567

　　【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610021946

　　【發(fā)明人】申勇峰, 王鵬杰, 馮曉偉, 楊世全

　　【申請(qǐng)人】東北大學(xué), 中國工程物理研究院總體工程研究所

　　【公開日】2016年6月1日

　　【申請(qǐng)日】2016年1月13日