专利名称：纳米晶粒低合金钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种工程金属材料及其制造技术领域。
六十年代前，除增大过冷度，孕育处理和振动与搅拌外，大量采用添加抑制晶粒长大的合金元素来控制钢材的晶粒尺寸。随后发展起来的热机械处理，特别是控制轧制与控制冷却技术，将微合金化、塑性变形与再结晶和应变诱发相变相结合，十分有效地提高了再结晶形核密度并降低了晶粒长大速度，生产出晶粒尺寸在10μm-2μm的超细晶粒钢材。美国E.P.Abrahanson等在钢中添加0.17％原子百分数的钨，通过塑性变形和再结晶，曾将这种钢的晶粒尺寸减小到0.3μm。最近，澳大利亚的P.D.Hodgson等人将应变诱发相变用于普通低碳钢的轧制，制备出晶粒尺寸为1μm的带材。目前，日本、欧洲和我国的许多学者也将某些普碳钢和低合金钢的晶粒细化到1μm左右。将钢材晶粒细化到1μm和业微米，在技术上处于世界领先水平。一般认为晶粒小于0.1μm为纳米尺度。而将钢材晶粒细化到0.1μm的技术至今未见有文献报道。
大量研究表明晶粒尺寸小于0.1μm的多晶颗粒和薄膜材料具有十分引人注目的奇异性能，如力学、磁学、电学和热学等方面的性能与粗晶材料的差异很大，因而具有重大的科学研究价值和广泛的应用前景。八十年代以来，纳米晶材料的制备与研究日益受到各发达国家科学界、产业界的重视，成为国际前沿性热点之一。与颗粒材料，薄膜材料比，钠米晶块体材料的研究报道很少，而纳米晶钢铁材料的制备研究至今未见报道。主要原因是纳米晶块体材料的制备，特别是完全致密的纳米晶块体材料的制备十分困难，在这方面的突破性进展，无疑会有力地促进纳米材料的科学研究和实用化进程。
本发明的目的在于提供一组纳米晶粒低合金钢板及其制造方法，这组纳米晶粒低合金钢板具有优异的力学性能和诱人的应用前景。其制造方法与传统的控制轧制和控制冷却技术相结合，可经济地用于纳米晶粒钢板的商品生产。
本发明提供一组纳米晶粒钢板及其制造方法，所述的纳米晶粒钢板的平均晶粒尺寸小于50nm，其化学成份为C0.05-0.35％、Mn＜1.0％、Si＜0.30％、S＜0.03％、P＜0.03％、Cr＜3.0％、Mo＜1.0％、V＜0.30％、W＜0.70％、Nb＜0.10％，其余为Fe，上述Mo、V、W、Nb在同一种钢中不必同时含有，只需含有其中一种或两种即可；所述纳米晶粒低合金钢板的制造方法是温轧或冷轧前板坯的预备组织为低碳板条马氏体、回火板条马氏体或下贝氏体，它们的板条厚度控制在0.5μm以下；在720℃以下多道次或单道次温轧或冷轧，总压下量应大于65％，不包括精整压下量；轧后再结晶退火温度为550-720℃，时间为90分钟至24小时，经上述合金化，预处理和塑性变形及再结晶处理，平均晶粒尺寸可达到0.05μm或更小，如果将轧前板坯的马氏体板条厚度减小和加大轧制压下量，或者重复进行冷(温)轧和再结晶处理，可将钢板的晶粒尺寸细化到10nm以下。
这种制造方法是基于现代材料界面设计与微观结构设计理论和工程实践，特别是低温大压下的控制轧制技术而提出的更为有效的细化晶粒方法，用于CrMoV钢已获得平均晶粒尺寸为0.05μm，厚3mm的钢板。应用这种制造方法还可获得晶粒尺寸小于10nm的板材。
与控制轧制、控制冷却以及其它方法，如循环加热相变法，塑性变形再结晶法和应变诱发相变法等比较，本发明的特点如下1、板坯组织为低碳板条马氏体、回火板条马氏体或下贝氏体，而其它方法的板坯为退火组织或正火组织，这是本发明与其它方法的显著区别。马氏体板条厚度控制在0.5μm以下，板条马氏体经回火来提高塑性，有利于轧制，也可以不回火。
2、轧制温度720℃以下的温轧或冷轧，总压下量大于百分之六十五，不包含精整压下量。使板条厚度减小到0.1μm以下。轧制过程中，预处理回火析出的碳化物可部分回溶到基体中，偏聚于位错处或板条界面处。
3、轧后时效处理，使碳化物全部回溶，在板条界面处和位错处形成高度均匀分散的偏聚区，用来提高再结晶形核密度和阻碍晶界的迁移。其它细化方法多采用细小分散的析出物来阻碍晶界迁移。
本发明亦可用于某些有色金属与合金的晶粒超细化。本发明与低温控制轧制技术相结合，能经济地生产超细晶粒钢板、钢带。
权利要求
1.一组纳米晶粒低合金钢板，其特征在于它们的平均晶粒尺寸小于50nm，其化学成份为C0.05-0.35％、Mn＜1.0％、Si＜0.30％、S＜0.03％、P＜0.03％、Cr＜3.0％、Mo＜1.0％、V＜0.30％、W＜0.70％、Nb＜0.10％，其余为Fe，上述Mo、V、W、Nb在同一种钢中不必同时含有，只需含有其中一种或两种即可。
2.根据权利要求1所述的纳米晶粒低合金钢板的制造方法，其特征在于温轧和冷轧前板坯的预备组织为低碳板条马氏体、回火板条马氏体或下贝氏体，它们的板条厚度控制在0.5μm以下；在720℃以下多道次或单道次温轧或冷轧，总压下量应大于65％，不包括精整压下量；轧后再结晶退火温度为550-720℃，时间为90分钟至24小时。
全文摘要
本发明涉及一种工程金属材料及其制造方法。一组纳米晶粒低合金钢板,其特征在于:它们的平均晶粒尺寸小于50nm,其化学成分为:C0.05—0.35%、Mn< 1.0%、Si< 0.30%、S< 0.03%、P< 0.03、Cr< 3.0%、Mo< 1.0%、V< 0.30%、W< 0.70%、Nb< 0.10,其余为Fe,上述Mo、V、W、Nb在同一种钢中不必同时含有,只需含有其中一种或两种即可。本发明亦可用于某些有色金属与合金的晶粒超细化。本发明与低温控制轧制技术相结合,能经济地生产超细晶粒钢板、钢带。
文档编号C22C38/26GK1272554SQ0010149
公开日2000年11月8日 申请日期2000年2月2日 优先权日2000年2月2日
发明者荆天辅, 肖福仁, 蔡大勇 申请人:燕山大学