專利名稱：一種高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)不銹鋼制備方法，特別涉及一種高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法。
背景技術(shù)：
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(xiàn)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(fā)展，生產(chǎn)的鋼種已經(jīng)達(dá)到上百種。不銹鋼材料以其優(yōu)異的耐腐蝕性能和一定的力學(xué)性能成為工業(yè)和軍事發(fā)展不可或缺的重要工程材料，應(yīng)用范圍遍及石油、化工、紡織、核能和航空等各個(gè)領(lǐng)域。2005年我國不銹鋼消費(fèi)量為522萬噸，比2004年增長 16. 7%,已經(jīng)連續(xù)5年保持世界第一。隨著現(xiàn)代化工、家電、醫(yī)療器械以及現(xiàn)代海洋等事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對不銹鋼的性能也提出了更高的使用要求。通常奧氏體不銹鋼存在強(qiáng)度和硬度較低的不足，使得由奧氏體不銹鋼制成的產(chǎn)品易發(fā)生屈服變形引起失效或者磨損，從而降低產(chǎn)品的使用壽命，因此需開發(fā)一些特殊工藝來提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度和硬度，從而達(dá)到改善材料性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。大量的研究表明，細(xì)晶強(qiáng)化可以實(shí)現(xiàn)金屬材料強(qiáng)度和塑性或塑性的同時(shí)提高，達(dá)到完美的優(yōu)化。該方法將采用這種強(qiáng)化方法來實(shí)現(xiàn)不銹鋼的強(qiáng)化。等徑角擠壓(EqualChannel Angular Processing, ECAP)法是一種有效的獲取納米晶或超細(xì)晶材料的方法，它是20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)科學(xué)家kgal在研究鋼的變形織構(gòu)和顯微組織結(jié)構(gòu)時(shí)，為獲得純剪切應(yīng)變而開發(fā)的一種大塑性變形方法，目的是不改變材料的三維尺寸，進(jìn)行多次擠壓而獲得特殊的變形織構(gòu)。90年代后，R.Z. Valiev利用該技術(shù)使材料產(chǎn)生大應(yīng)變來細(xì)化多晶材料，獲得了亞微米級(jí)或納米級(jí)的超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料。目前利用ECAP工藝制備塊體超細(xì)晶材料的研究大都限于強(qiáng)度較低、延展性較好的材料，如Al、Cu、 純Ni、純鐵等，擠壓過程在室溫下進(jìn)行。例如J. W. Wang等在室溫下使用ECAP法把1060商用純鋁經(jīng)過兩道次擠壓制備出晶粒寬約1 2um長約2 3um的樣品。kungZeon Han等采用ECAP法中的BC路徑把純銅經(jīng)過4道次的擠壓獲得了晶粒直徑約為300nm的超細(xì)晶材料。K. SitaramaRaju等利用ECAP法中的BC路徑把純鎳經(jīng)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(jīng)過12道次擠壓，使應(yīng)變達(dá)到13. 8，最終獲得平均晶粒尺寸為170nm的超細(xì)晶材料。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法；在ECAP擠壓后對不銹鋼再進(jìn)行熱處理，有效恢復(fù)ECAP擠壓后不銹鋼的塑性，以達(dá)到強(qiáng)度、韌性較好的匹配。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法，如下步驟
(1) ECAP擠壓首先將ECAP模具加熱至450°C 500°C，然后將不銹鋼試樣放入模具內(nèi)保溫20 30分鐘，然后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為200mm/min，擠壓路徑Bc ；(2)退火工藝將上述擠壓后的不銹鋼試樣放入熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行600°c-10min的退火處理，然后空冷至室溫。上述步驟(1)擠壓道次為1 8道次；上述步驟(I)ECAP模具首先加熱至500°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將把ECAP工藝應(yīng)用在304不銹鋼上，并且應(yīng)用該技術(shù)成功獲得無缺陷塊體納米晶結(jié)構(gòu)不銹鋼。在利用超細(xì)晶的特性提高不銹鋼強(qiáng)度的同時(shí)，通過選擇最佳退火工藝來有效恢復(fù)ECAP納米化后不銹鋼的塑性，以獲得高強(qiáng)度、高塑/韌性的綜合性能優(yōu)異的新型不銹鋼。本發(fā)明工藝步驟簡便易行，成本低廉，具有較高的市場應(yīng)用價(jià)值。


圖1是實(shí)施例1 3熱處理前后的顯微硬度變化情況；圖2是實(shí)施例1 3熱處理前后的抗拉強(qiáng)度變化情況；圖3是實(shí)施例1 3熱處理前后的延伸率變化情況；圖4中，(a)是原始不銹鋼的TEM圖像；(b)是實(shí)施例1的TEM圖像；(c)是實(shí)施例 2的TEM圖像；(d)是實(shí)施例3的TEM圖像；圖5是第8道次試樣經(jīng)600°C -IOmin退火處理后的TEM照片，其中(b)是(a)對應(yīng)的暗場像。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。下面實(shí)施例通過對304奧氏體不銹鋼進(jìn)行ECAP擠壓和后續(xù)的熱處理為例說明本發(fā)明的方法。在這里共采用3個(gè)實(shí)施例，在3個(gè)實(shí)施中，所用原材料相同，ECAP工藝除擠壓道次不同外，其它均相同，熱處理工藝也均相同。3個(gè)實(shí)施例分別對應(yīng)第1、4、8道次ECAP擠壓試樣。實(shí)施例1原始材料304奧氏體不銹鋼。尺寸Φ 10 X 45mm2。成分如表1。表1原材料304不銹鋼的化學(xué)成分
元素C Si M^ Cr Ν S P質(zhì)量百分比(wt%) 0.056““044 L54 18 9^82““0020.016制備方法包括如下步驟(1) ECAP擠壓首先將ECAP模具加熱至500 °C，然后將不銹鋼試樣放入模具內(nèi)保溫
420 30分鐘，以確保放入的不銹鋼試樣溫度能在500°C下保溫一段時(shí)間，然后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為200mm/min，擠壓路徑Be，擠壓道次為1道次。(2)退火工藝將上述擠壓后的不銹鋼試樣放入熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行600°C-10min的退火處理，然后空冷至室溫。實(shí)施例2原始材料304奧氏體不銹鋼，尺寸Φ 10 X 45mm2。成分如表1.制備方法包括如下步驟(1) ECAP擠壓首先將ECAP模具加熱至500。C，然后將不銹鋼試樣放入模具內(nèi)保溫 20 30分鐘，以確保放入的不銹鋼試樣溫度能在500°C下保溫一段時(shí)間，然后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為200mm/min，，擠壓路徑Be，擠壓道次為4道次。(2)退火工藝將上述擠壓后的不銹鋼試樣放入熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行600°C-10min的退火處理，然后空冷至室溫。實(shí)施例3原始材料304奧氏體不銹鋼，尺寸Φ10Χ45ι πι2。成分如表1.制備方法包括如下步驟(1) ECAP擠壓首先將ECAP模具加熱至500。C，然后將不銹鋼試樣放入模具內(nèi)保溫 20 30分鐘，以確保放入的不銹鋼試樣溫度能在500°C下保溫一段時(shí)間，然后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為200mm/min，，擠壓路徑Be，擠壓道次為8道次。(2)退火工藝將上述擠壓后的不銹鋼試樣放入熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行600°C-10min的退火處理，然后空冷至室溫，便可獲得高強(qiáng)韌性不銹鋼。實(shí)施例的性能測試說明(1)硬度本測試是在試樣的橫截面上進(jìn)行，是在試樣橫截面中心位置共測試5個(gè)點(diǎn)取平均值作為最后的硬度值。最終測得實(shí)施例1 (第1道次)、實(shí)施例2 (第4道次)和實(shí)施例3 (第 8道次)的熱處理前后的顯微硬度如表2，實(shí)施例1 3的硬度值與擠壓道次之間的關(guān)系如圖1。這里為了對比，把原始不銹鋼的硬度值也一并給出。表2實(shí)施例1 3熱處理前后的硬度值(HV)
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法，其特征在于如下步驟(1)ECAP擠壓首先將ECAP模具加熱至450°C 500°C，然后將不銹鋼試樣放入模具內(nèi)保溫20 30分鐘，然后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為200mm/min，擠壓路徑Bc ；(2)退火工藝將上述擠壓后的不銹鋼試樣放入熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行600°C-10min的退火處理，然后空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法，其特征在于所述步驟 (1)擠壓道次為1 8道次；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法，其特征在于所述步驟 (I)ECAP模具加熱至500°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高塑/韌性不銹鋼的制備方法，(1)ECAP擠壓首先將ECAP模具加熱至450℃～500℃，然后將不銹鋼試樣放入模具內(nèi)保溫20～30分鐘，然后進(jìn)行擠壓，擠壓速度為200mm/min，擠壓路徑Bc；(2)退火工藝將上述擠壓后的不銹鋼試樣放入熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行600℃-10min的退火處理，然后空冷至室溫。這種方法的原始材料為普通商業(yè)用304奧氏體不銹鋼，原始材料硬度(約為160HV)、強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度約為200Mpa)均較低，耐磨性較差，通過本方法后能獲得高強(qiáng)韌性的新型不銹鋼。本方法成本低，效果好。
文檔編號(hào)C21D8/00GK102329938SQ20111032745
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者鄭志軍, 高巖 申請人:華南理工大學(xué)