一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明屬于高強度不銹鋼制備【技術領域】，公開了一種高強度高塑性不銹鋼及其制備方法和應用。該制備方法包括以下具體步驟：把奧氏體不銹鋼試樣放入預加熱的ECAP模具內，保溫，多次擠壓后，取出試樣放入熱處理爐內，進行退火處理，空冷至室溫，得到高強度高塑性不銹鋼。本發明利用ECAP工藝制備得到單一納米晶結構不銹鋼，再對其進行退火處理，通過工藝參數的控制，實現單一納米晶結構到雙尺度結構的變化，利用超細晶部分提高強度、粗晶部分恢復塑性，從而獲得高強度、高塑性的綜合性能優異的新型不銹鋼，在保持奧氏體不銹鋼延伸性好的性能前提下，具有高達393HV的硬度和750MPa的屈服強度，可廣泛應用于要求更高的工程領域中。
【專利說明】一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于高強度不銹鋼制備【技術領域】，特別涉及一種高強度高塑性不銹鋼及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]自1913年英國的Brearly首次提出“不銹鋼”的概念以來，從最開始的鐵素體不銹鋼到奧氏體不銹鋼，再到現在的各種超低碳高性能不銹鋼，不銹鋼的煉制工藝和使用范圍都得到了極大的發展，生產的鋼種已經達到上百種。不銹鋼材料以其優異的耐腐蝕性能和一定的力學性能成為工業和軍事發展不可或缺的重要工程材料，應用范圍遍及石油、化工、紡織、核能和航空等各個領域。2005年我國不銹鋼消費量為522萬噸，比2004年增長16.7%,已經連續5年保持世界第一。隨著現代化工、家電、醫療器械以及現代海洋等事業的進一步發展，對不銹鋼的性能也提出了更高的使用要求。
[0003]通常奧氏體不銹鋼存在強度和硬度較低的不足，使得由奧氏體不銹鋼制成的產品易發生屈服變形引起失效或者磨損，從而降低產品的使用壽命，因此需開發一些特殊工藝來提高奧氏體不銹鋼的強度和硬度，從而達到改善材料性能、提高產品質量的目的。
[0004]大量的研究表明，超細晶/納米晶化可以大幅提高不銹鋼的強度和硬度，但以犧牲塑性為代價。等徑角擠壓法(Equal Channel Angular Processing, ECAP)是一種有效的獲取納米晶或超細晶材料的方法，它是20世紀80年代前蘇聯科學家Segal在研究鋼的變形織構和顯微組織結構時 ，為獲得純剪切應變而開發的一種大塑性變形方法，目的是不改變材料的三維尺寸，進行多次擠壓而獲得特殊的變形織構。90年代后，R.Z.Valiev利用該技術使材料產生大應變來細化多晶材料，獲得了亞微米級或納米級的超細晶結構材料。目前利用ECAP工藝制備塊體超細晶材料的研究大都限于強度較低、延展性較好的材料，如Al、Cu、純N1、純鐵等，擠壓過程在室溫下進行。例如J.W.Wang等在室溫下使用ECAP法把1060商用純招經過兩道次擠壓制備出晶粒寬約I~2um長約2~3um的樣品。SeungZeon Han等采用ECAP法中的Be路徑把純銅經過4道次擠壓獲得了晶粒直徑約為300nm的超細晶材料。K.Sitarama Raju等利用ECAP法中的Be路徑把純鎳經過12道次擠壓獲得了平均晶粒尺寸為0.23um的樣品。M.Sus-Ryszkowska等利用ECAP法把純鐵經過12道次擠壓,使應變達到13.8，最終獲得平均晶粒尺寸為170nm的超細晶材料。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有奧氏體不銹鋼強度和硬度較低的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法。該方法先制備得到超細晶/納米晶化奧氏體不銹鋼，通過對其進行熱處理，獲得粗晶+超細晶/納米晶的雙尺度結構，利用粗晶結構來恢復不銹鋼的良好塑性，同時利用超細晶/納米晶結構保持其高強度，從而達到獲取高強度、高塑性不銹鋼的目的。
[0006]本發明另一目的在于提供上述方法制備的高強度高塑性不銹鋼。[0007]本發明再一目的在于提供上述高強度高塑性不銹鋼在工程領域中的應用。
[0008]本發明的目的通過下述方案實現:
[0009]一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法，包括以下具體步驟:
[0010]把奧氏體不銹鋼試樣放入預加熱的ECAP模具內，保溫，多次擠壓后，取出試樣放入熱處理爐內，進行退火處理，空冷至室溫，得到高強度高塑性不銹鋼。
[0011]優選地，所述退火處理的工藝為在700~800°C下處理20~45min，更優選為在750°C下處理30min。本發明控制該退火處理工藝可將單一納米晶結構不銹鋼變成雙尺度結構不銹鋼，利用超細晶部分提高不銹鋼強度，利用粗晶部分恢復不銹鋼塑性，從而最終獲得高強度、高塑性的綜合性能優異的新型不銹鋼，且該新型不銹鋼實現高強的、高塑性良好匹配。且根據實驗研究結果，在本發明條件工藝范圍內才能獲得上述目標雙尺度結構，得到新型不銹鋼。
[0012]所述多次擠壓指擠壓6~8道次，優選為8道次。
[0013]所述擠壓的速度為100~200mm/min，擠壓路徑為Be。
[0014]優選地，所述預加熱的ECAP模具溫度為450°C~500°C。
[0015]優選地，所述 保溫的時間為20~30min。
[0016]本發明制備方法得到的高強度高塑性不銹鋼，在保持41%延伸率的前提下，獲得了高達361HV的硬度，甚至可高達393HV，克服了原奧氏體不銹鋼強度和硬度較低的不足，可應用于對材料力學性能要求更高的工程領域。
[0017]本發明的機理為:
[0018]本發明利用ECAP工藝制備得到單一納米晶結構不銹鋼，再對其進行退火處理，通過工藝參數的控制，實現單一納米晶結構到雙尺度結構的變化，用超細晶部分提高不銹鋼強度，利用粗晶部分恢復不銹鋼塑性，從而最終獲得高強度、高塑性的綜合性能優異的新型不銹鋼。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0020](I)本發明制備得到高強度高塑性新型不銹鋼具有高達393HV的硬度和750MPa的屈服強度，可廣泛應用于要求更高的工程領域中，在保持奧氏體不銹鋼延伸性好的原有性能前提下，克服了其由于現有強度和硬度較低的不足，使得由奧氏體不銹鋼制成的產品易發生屈服變形引起失效或者磨損，從而降低產品的使用壽命的不足和缺陷。
[0021](2)本發明工藝步驟簡便易行，成本低廉，具有較高的市場應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是實施例1~3熱處理前后不銹鋼的顯微硬度變化情況。
[0023]圖2是實施例1~3熱處理前后不銹鋼的屈服強度、延伸率變化情況。
[0024]圖3是退火處理前原始納米晶不銹鋼的TEM圖，其中(a)是明場像，(b)是暗場像。
[0025]圖4是實施例1~3新型不銹鋼的EBSD圖。
[0026]圖5是實施例1~3新型不銹鋼的晶粒尺寸分布直方圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0028]實施例1:高強度、高塑性新型不銹鋼的制備
[0029]原始材料:304奧氏體不銹鋼
[0030]尺寸:Φ10 X 45mm2
[0031]成分:如表1
[0032]表1原材料304不銹鋼的化學成分
[0033]
【權利要求】
1.一種高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于包括以下具體步驟:把奧氏體不銹鋼試樣放入預加熱的ECAP模具內，保溫，多次擠壓后，取出試樣放入熱處理爐內，進行退火處理，空冷至室溫，得到高強度高塑性不銹鋼。
2.根據權利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述退火處理的工藝為在700~800°C下處理20~45min。
3.根據權利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述退火處理的工藝為在750°C下處理30min。
4.根據權利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述多次擠壓指擠壓6~8道次。
5.根據權利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述擠壓的速度為100~200mm/min，擠壓路徑為Be。
6.根據權利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述預加熱的ECAP模具溫度為450°C~500°C。
7.根據權利要求1所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法，其特征在于:所述保溫的時間為20~30min。
8.一種高強度高塑性不 銹鋼，其特征在于根據權利要求1~7任一項所述的高強度高塑性不銹鋼的制備方法得到。
9.根據權利要求8所述的高強度高塑性不銹鋼在工程領域中的應用。
【文檔編號】C21D6/00GK104017967SQ201410231434
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】鄭志軍, 高巖, 曾小軍 申請人:華南理工大學