一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法与流程

本发明涉及钢铁材料的强韧化处理领域，主要是一种基于脉冲电流的，在附加约束并控制冷却条件下进行的钢铁材料强韧化新方法。
背景技术：
：钢铁材料凭借其优异的力学性能，广泛的应用于汽车、轮船关键零部件的制造及军工、航空航天等领域。近些年来，工业技术的不断发展对钢材成品的服役寿命、连接安全性、装配可靠性等提出了更高的要求。同时，流水化的工业模式也还对钢材的加工及处理提出了高效率、短流程的高要求。传统的钢铁材料强韧化处理技术已经过长期、大量的综合性验证实验，具有较为完备成熟的工艺体系，但工艺流程十分繁琐，处理效率不高；更为关键的是在传统强韧化处理
技术领域：
内，钢材的强度和韧性往往无法同时提高，通常得到的效果仅是单一的强化或者韧化。因此，迫切需要一种既不改变钢材成分又能充分挖掘钢材的性能潜力、能同时提高其强韧性的新方法、新技术。高能瞬时电脉冲处理技术在极短时间内就能将能量巨大的热-电-力耦合场输入到钢材中，可诱发非同于常态处理的显微及亚显微组织状态，极大的提高钢材的处理效率。目前，该技术已在液态金属凝固组织的调控、电致塑性拉拔、非晶材料纳米化及材料的表面熔凝处理等领域。然而，应用该技术对钢材进行整体式大幅增强增韧的处理仍存在技术空白。因此，通过脉冲电流的热-电-力的多场耦合特点调控钢材的组织，使电脉冲处理技术融入各类钢材的强韧化处理具有重大的实际价值与意义。技术实现要素：本发明的意义在于提出了一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法，可解决上述背景中出现的技术以及钢材性能问题。为实现
背景技术：
中的目的，本发明提供如下的技术路线：(1)获取钢材并进行预处理；(1a)冶炼或者购入市售的具有某种特定成份的钢材。(1b)获取特定的初始组织状态。(2)对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；(2a)钢材的两端通过附加约束的方式固定在电极上。(2b)在控制冷却的条件下，对钢材施加一定时长、电流密度、循环次数及形式的脉冲电流。可对与步骤(1b)中的钢材进行一定工艺的传统处理；可对电脉冲处理和传统处理后的钢材进行组织表征及力学性能(拉伸性能及硬度)检测；组织表征包含相分析、显微组织观察及亚结构观察等。优选地，步骤(1)所述钢材可为42crmo钢，其名义成份(按质量百分比)：含碳0.42％，含硅0.25％，含锰0.60％，含铬0.99％，含钼0.11％，含磷0.003％，含硫0.001％，其余为铁。优选地，步骤(1)所述钢材可为t250钢，其名义成份(按质量百分比)：含镍18.86％，含铬0.37％，含钼3.06％，含钛1.60％，含铝0.11％，含锰0.01％，含硅0.01％，含铜0.02％，含钙0.05％，含锆0.03％，含磷0.003％，含硫0.001％，其余为铁。优选地，步骤(1)所述钢材可为dp600钢，其名义成份(按质量百分比)：含碳0.07％，含硅0.20％，含锰1.30％，含铝0.04％，含磷0.015％，含硫0.001％，其余为铁。优选地，步骤(1)所述钢材可为25simn2mov钢，其名义成份(按质量百分比)：含碳0.26％，含硅1.10％，含锰2.20％，含钼0.35％，含钒0.06％，含磷0.003％，含硫0.002％，其余为铁。优选地，步骤(1)所述钢材可为介稳奥氏体锰钢，其名义成份(按质量百分比)：含碳0.46％，含硅0.14％，含锰0.78％，含铬0.20％，含镍0.16％，含磷0.003％，含硫0.003％，其余为铁。优选地，步骤(2)中对钢材进行电脉冲处理之前，需将钢材加工成长为50毫米，宽为10毫米，厚度为2.5毫米的薄片。优选地，步骤(2a)中附加约束的方式为：对薄片两端的上表面及下表面施加压应力形式的固定约束。优选地，步骤(2b)中两电极之间的尺寸为40毫米，处理次数为一次。优选地，步骤(2b)中脉冲电流的电流密度应为107～108a/m2数量级；单次处理时长应为102毫秒量级；优选地，步骤(2b)中所采用的介质为水、油或空气。优选地，传统处理的保温时间为6分钟、2小时或3小时，冷却介质为油、水、液氮或空气。一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法，通过上述方法实现。所用电脉冲处理装置是一种含有可控硅电流放大电路的电流发生装置。本发明一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法，原理为：利用脉冲电流的焦耳热效应、电迁移效应及响应速度快、能量利用率高等优点。在极短时间内，大量有一定漂移速度的电子流与原子实高速冲击，使钢材迅速升温至某一温度，以提高处理效率。这样的高速加热将产生钢材温升与热膨胀非同步改变，即热膨胀滞后于温升，从而形成一个瞬时的热压应力。电能、热能及应变能被瞬间输入到材料中，造成巨大的电、热、力冲击，必然导致钢材微观结构的改变。电能的输入可提高相变的形核率并细化组织，瞬时温升可使钢材在极短时间内就产生相转变，附加高应力将压缩致密化组织，电子风冲击将还可使位错的组态发生改变。基于上述原理，在附加约束并控制冷却的条件下，通过控制电脉冲参数还可实现不同的处理效果以使钢材获得不同的强韧性匹配，满足不同的服役条件。本发明一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法，与传统的处理相比，具有以下的有益效果及实用性：(1)本发明一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法，与传统的处理相比，电脉冲处理时间仅毫秒量级，比同等厚度的工件处理时间缩短了至少750倍，大大提高了处理效率。(2)本发明一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法可优化钢材的组织结构，与传统的处理相比，电脉冲处理后钢材中的晶粒、基体组织或析出相等微观结构得到显著细化。(3)本发明一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法可避免传统处理中钢件芯部后升温，外表面先升温的问题。通过对钢材进行整体式电脉冲处理，可使钢材的加热过程更加均匀。(4)本发明一种基于脉冲电流的钢铁材料强韧化新方法，与传统的处理相比，电脉冲处理后钢材的强度与塑性得到同时提升，拉伸性能明显优于传统处理的钢材。附图说明：图1为本发明的技术流程图。图2为本发明中电脉冲处理装置及其内部可控硅电路示意图，其中电极材料为cu-zr合金，电流方向与处理试样的长度方向平行，电脉冲处理的具体参数(电流密度及处理时长可由电子计算机中的eptsoftware设定，设备自带水冷装置。可控硅电流放大电路中的初级电源采用电压220v，频率50hz的交流电，分别经过主、次感应变压线圈将上述交流电转变为安全电压。次级电路采用多股铜导线以降低电阻且电极截面积相对较大，电极材料选用铜锆合金。放电电路的电参数可通过调节主、次级线圈之间铁芯的数量或者通过触发硅控开关导通角控制。放电时长通过带有自编程序的电子计算机进行控制。具体的主次线圈的参数列于表1中。图3为本发明中经步骤(1b)处理后不同实施例的初始显微组织：(a)图为42crmo钢的初始组织，由铁素体、索氏体、少量碳化物及上贝氏体组成；(b)图为t250钢的初始组织，由铁素体、feni相、feni3相、laves相及退火孪晶组成；(c)图为t250钢的初始组织，由板条马氏体组成；(d)图为25simn2mov钢的初始组织，由铁素体和珠光体组成；(e)图为轧制态dp600钢的初始组织，由铁素体及少量马氏体组成；(f)图为介稳奥氏体锰钢的组织，由奥氏体组成；图4为本发明实施例1-3中钢材经传统处理及电脉冲处理后的微观结构表征图。图5为本发明实施例4-6中钢材经传统处理及电脉冲处理后的微观结构表征图。可看出，与传统处理相比，电脉冲处理在实现钢材的快速相转变，促进合金元素的溶入，改变位错组态、控制再结晶及促进基体组织、晶粒和析出相的细化等方面有显著效果。图6为本发明中不同实施例中钢材经传统处理及电脉冲处理后的拉伸曲线，具体数值列于表2中。可看出，与传统处理相比，经电脉冲处理后，钢材的力学性能(屈服强度，抗拉强度及断裂延伸率，硬度)得到明显提高。图7为不同实施例的硬度柱状统计图，实心填充代表传统处理,斜线填充代表电脉冲处理。具体实施方式：为使本发明的技术特征、创新特征、功效与达成目标易于理解，将结合具体实施例，进一步详细阐述本发明。实施例1：本实施例中的一种基于脉冲电流的钢铁材料组织细化新方法，包括以下步骤：步骤一：获取钢材并进行预处理；a.冶炼具有名义成份(按质量百分比)：含碳0.42％，含硅0.25％，含锰0.60％，含铬0.99％，含钼0.11％，含磷0.003％，含硫0.001％，其余为铁的42crmo钢材。b.进行均质化处理，在1200℃下保温3个小时，然后炉冷至室温。c.将均质化后的42crmo钢材用数控电火花切割机加工成120毫米长，90毫米宽，20毫米厚的板材。d.将42crmo钢板材于1200℃真空条件下保温3小时，然后以15℃/min的速率冷却至930℃，并在930℃下进行锻压，锻成尺寸为60毫米的正方体方坯；随后以25℃/min的速率冷却至730℃并保温1小时；再以25℃/min的速率冷却至650℃并保温1小时，最后空冷至室温。以上处理过程视为42crmo钢的预处理。步骤二：对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的42crmo钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.将42crmo钢薄片两端的上下表面通过自由度为零的约束固定在两电极之间，电极间距为40毫米。c.利用含有可控硅放大电路的电脉冲装置对42crmo钢薄片进行电脉冲处理，电流频率为50hz，电流密度为6.82×107a/m2，处理时长为480毫秒，处理次数为一次，设备放电结束时立即对42crmo钢薄片进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为油。步骤三：对预处理后的钢材进行一定工艺的传统热处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的42crmo钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.利用电阻炉对42crmo钢薄片进行传统热处理(淬火)，处理温度为850℃，保温时长为6分钟，处理后立即进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为油。步骤四：对电脉冲处理和传统热处理后的钢材进行组织表征及力学性能检测；a.用金相砂纸将处理后的42crmo钢薄片进行打磨处理，终磨目数为2000目；然后采用抛光膏将42crmo钢薄片抛光至表面无肉眼可见划痕；最后采用体积分数为4％的苦味酸酒精溶液对其进行室温腐蚀，腐蚀约10分钟后加入几滴洗涤灵，晃动，用酒精冲洗干净，吹干，对其原奥氏体晶粒进行观察。b.对处理后的42crmo钢薄片进行室温拉伸测试，拉伸速率为0.2mm/min；对处理后的42crmo钢薄片进行硬度测试。电脉冲处理后，42crmo钢的原奥氏体晶粒从传统淬火处理的19.0微米细化至8.3微米，细化效果显著。具体的细化机制为：脉冲电流提高了扩散型相变中奥氏体的形核率，仅480毫秒的处理时长和快速油冷抑制了奥氏体的长大。经传统淬火处理的42crmo钢的抗拉强度为1820mpa，断裂延伸率为7.4％，硬度为51.6hrc；而经电脉冲处理后，抗拉强度与断裂延伸率都得到提高，抗拉强度为1998mpa，延伸率为8.9％，硬度为58.8hrc。本实施例中硬度、强度与塑性同时提升的机制为细晶强化。本实施例的结果表明，与传统淬火处理相比，通过电脉冲处理，42crmo钢的强度与塑性在480毫秒内得到同时提高，说明对42crmo钢应用附加约束并控制冷却的电脉冲处理工艺省时高效，可代替原有的传统淬火处理工艺。实施例2：本实施例中的一种基于脉冲电流的钢铁材料组织细化新方法，包括以下步骤：步骤一：获取钢材并进行预处理；a.冶炼具有名义成份(按质量百分比)：含镍18.86％，含铬0.37％，含钼3.06％，含钛1.60％，含铝0.11％，含锰0.01％，含硅0.01％，含铜0.02％，含钙0.05％，含锆0.03％，含磷0.003％，含硫0.001％，其余为铁的t250钢材。b.进行均质化处理，在1200℃下保温3个小时，然后炉冷至室温。此均质化处理可视为预处理，均质化处理后的状态即作为该实施例中t250钢的初始状态。步骤二：对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的t250钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.将t250钢薄片两端的上下表面通过自由度为零的约束固定在两电极之间，电极间距为40毫米。c.利用含有可控硅放大电路的电脉冲装置对t250钢薄片进行电脉冲处理，电流频率为50hz，电流密度为8.15×107a/m2，处理时长为320毫秒，处理次数为一次，设备放电结束时立即对t250钢薄片进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。步骤三：对预处理后的钢材进行一定工艺的传统热处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的t250钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.利用电阻炉对t250钢薄片进行传统热处理(固溶)，处理温度为820℃，保温时长为2小时，处理后立即进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。步骤四：对电脉冲处理和传统热处理后的钢材进行组织表征及力学性能检测；a.用金相砂纸将处理后的t250钢薄片进行打磨处理，终磨目数为2000目；然后采用抛光膏将t250钢薄片抛光至表面无肉眼可见划痕；最后采用配比为1g高锰酸钾+3ml浓硫酸+90ml去离子水的混合溶液，在45℃下对其进行室温腐蚀，腐蚀约1分钟后对其原奥氏体晶粒进行观察。b.用金相砂纸将处理后的t250钢薄片进行打磨处理，终磨目数为2000目；然后采用抛光膏将t250钢薄片抛光至表面无肉眼可见划痕；最后对t250钢薄片进行x射线光电子能谱分析(xps)。c.对处理后的t250钢薄片进行室温拉伸测试，拉伸速率为0.2mm/min。对处理后的t250钢薄片进行硬度测试。电脉冲处理后，t250钢的原奥氏体晶粒从传统淬火处理的38.2微米细化至14.8微米，细化效果显著。具体的细化机制为：脉冲电流提高了扩散型相变中奥氏体的形核率，仅320毫秒的处理时长和快速油冷抑制了奥氏体的长大。采用xps检测，评估预处理态t250钢中laves相的溶入程度。组成laves相的主要元素有mo及ti，元素的峰值强度越低，说明元素溶入基体的程度越大。检测结果表明，经电脉冲处理后，mo及ti元素的xps峰值强度较预处理态显著下降，这表明电脉冲处理促进了t250钢中合金元素的溶入，具体的机制为：mo及ti原子的运动速度在电迁移效应的影响下得到加快，在仅320毫秒的时间内就可实现合金元素的溶入。经传统固溶处理的t250钢的抗拉强度为905mpa，断裂延伸率为15.8％，硬度为26.5hrc；而经电脉冲处理后，抗拉强度与断裂延伸率都得到提高，抗拉强度为1015mpa，延伸率为16.3％，硬度为30.6hrc。本实施例中硬度、强度与塑性同时提升的机制为细晶强化和固溶强化。本实施例的结果表明，与传统固溶处理相比，通过电脉冲处理，t250钢的强度与塑性在320毫秒内得到同时提高，说明对t250钢应用附加约束并控制冷却的电脉冲处理工艺省时高效，可代替原有的传统固溶处理工艺。实施例3：本实施例中的一种基于脉冲电流的钢铁材料组织细化新方法，包括以下步骤：步骤一：获取钢材并进行预处理；a.冶炼具有名义成份(按质量百分比)：含镍18.86％，含铬0.37％，含钼3.06％，含钛1.60％，含铝0.11％，含锰0.01％，含硅0.01％，含铜0.02％，含钙0.05％，含锆0.03％，含磷0.003％，含硫0.001％，其余为铁的t250钢材。b.进行均质化处理，在1200℃下保温3个小时，然后炉冷至室温。c.利用电阻炉对t250钢板进行固溶处理，固溶温度为820℃，保温时间为2小时，处理后立即水冷。以上处理过程视为t250钢的预处理。步骤二：对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的t250钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.将t250钢薄片两端的上下表面通过自由度为零的约束固定在两电极之间，电极间距为40毫米。c.利用含有可控硅放大电路的电脉冲装置对t250钢薄片进行电脉冲处理，电流频率为50hz，电流密度为3.40×108a/m2，处理时长为280毫秒，处理次数为一次，设备放电结束时立即对t250钢薄片进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为空气。步骤三：对预处理后的钢材进行一定工艺的传统热处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的t250钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.利用电阻炉对t250钢薄片进行传统热处理(时效)，处理温度为480℃，保温时长为3小时，处理后立即进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为空气。步骤四：对电脉冲处理和传统热处理后的钢材进行组织表征及力学性能检测；a.用600目金相砂纸将处理后的t250钢薄片进行打磨至20微米厚；再用冲孔机从该薄片上冲出直径为3毫米的圆形薄片；然后在-20℃下，采用体积分数为20％的高氯酸+酒精混合溶液对圆形薄片进行离子减薄处理，直至圆心处出现直径约为0.2～0.4毫米的圆孔；最后，对薄片进行透射电镜(tem)分析。b.用数控线切割机从处理后的t250钢薄片切下截面边长为0.5毫米的正方形，长度为30毫米的棒状试样；采用体积分数为25％的高氯酸+乙酸溶液对该棒状试样进行电解抛光处理，使浸入溶液的端部出现细尖；然后采用2％高氯酸+乙二醇丁醚溶液进行显微电解抛光处理，以保证最终尖端的曲率半径小于100纳米；最后对样品进行三维原子探针(apt)分析。c.对处理后的t250钢薄片进行室温拉伸测试，拉伸速率为0.2mm/min。对处理后的t250钢薄片进行硬度测试。经传统时效处理后，t250钢的基体组织中析出了平均尺寸约为22.6纳米的ni3(ti,mo)棒状析出相；而电脉冲处理后，t250钢的基体组织中析出了平均尺寸约为3.4纳米的ni3(ti,al)团簇；可见电脉冲处理细化了析出相的尺寸，具体的细化机制为：脉冲电流提高了扩散型相变中析出相的形核率，极短时间的处理抑制了析出相长大，经传统时效处理后，t250钢的基体组织中的位错组态为无规则的缠结状态；而经而电脉冲处理后，t250钢的基体组织中的位错组态为较稳定的亚晶晶界；和传统处理后的位错组态相比，电脉冲处理后的位错组态具有更大的可动位错滑移距离；具体的位错组态改变机制为：在电子风冲击力和电迁移效应的作用下，位错的运动(滑移、攀移及湮灭)得到加快。经传统时效处理的t250钢的抗拉强度为1776mpa，断裂延伸率为12.2％，硬度为48.7hrc；而经电脉冲处理后，抗拉强度与断裂延伸率都得到提高，抗拉强度为1855mpa，延伸率为15.1％，硬度为49.2hrc。本实施例中硬度和强度提高的机制为析出相的细化(奥罗万机制)；而塑性的改善得益于位错组态的改变，由于电脉冲处理后可动位错的滑移距离变大，这将使电脉冲处理后的t250钢具有更大的塑性变形。本实施例的结果表明，与传统时效处理相比，通过电脉冲处理，t250钢的强度与塑性在280毫秒内得到同时提高，说明对t250钢应用附加约束并控制冷却的电脉冲处理工艺省时高效，可代替原有的传统时效处理工艺。实施例4：本实施例中的一种基于脉冲电流的钢铁材料组织细化新方法，包括以下步骤：步骤一：获取钢材并进行预处理；a.冶炼具有名义成份(按质量百分比)：含碳0.26％，含硅1.10％，含锰2.20％，含钼0.35％，含钒0.06％，含磷0.003％，含硫0.002％，其余为铁的25simn2mov钢。b.进行均质化处理，在1200℃下保温3个小时，然后炉冷至室温。c.利用电阻炉对25simn2mov钢进行预处理，处理温度为850℃，处理时间为2小时，处理后立即炉冷至室温。步骤二：对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的25simn2mov钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.将25simn2mov钢薄片两端的上下表面通过自由度为零的约束固定在两电极之间，电极间距为40毫米。c.利用含有可控硅放大电路的电脉冲装置对25simn2mov钢薄片进行电脉冲处理，电流频率为50hz，电流密度为6.24×107a/m2，处理时长为440毫秒，处理次数为一次，设备放电结束时立即对25simn2mov钢薄片进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。步骤三：对预处理后的钢材进行一定工艺的传统热处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的25simn2mov钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.利用电阻炉对25simn2mov钢薄片进行传统热处理(淬火)，处理温度为850℃，保温时长为6分钟，处理后立即进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。步骤四：对电脉冲处理和传统热处理后的钢材进行组织表征及力学性能检测；a.用金相砂纸将处理后的25simn2mov钢薄片进行打磨处理，终磨目数为2000目；然后采用抛光膏将25simn2mov钢薄片抛光至表面无肉眼可见划痕；最后采用体积分数为4％的硝酸酒精溶液对其进行室温腐蚀，腐蚀约1分钟；腐蚀结束后，对25simn2mov钢进行扫描电子显微(sem)分析。b.对处理后的25simn2mov钢薄片进行室温拉伸测试，拉伸速率为0.2mm/min。对处理后的25simn2mov钢薄片进行硬度测试。经传统淬火处理后，25simn2mov钢的显微组织转变为板条马氏体，板条宽度约为0.33微米；经电脉冲处理后，25simn2mov钢的显微组织也转变为板条马氏体，板条宽度约为0.12微米；由此可见，电脉冲处理使25simn2mov钢在440毫秒的时间内就实现了马氏体转变，且马氏体板条得到了细化。具体的机制为：受电迁移效应及电脉冲处理热压应力的作用，原子的扩散速度加快，因此可实现快速的马氏体转变；而马氏体板条的细化归因于脉冲电流对扩散型相变奥氏体形核率的提高以及极短处理时间对水冷前奥氏体长大的抑制。经传统淬火处理的25simn2mov钢的抗拉强度为1580mpa，断裂延伸率为5.9％，硬度为54.2hrc；而经电脉冲处理后，抗拉强度与断裂延伸率都得到提高，抗拉强度为1711mpa，延伸率为10.8％，硬度为62.1hrc。本实施例中硬度、强度与塑性同时提升的机制为细晶强化。本实施例的结果表明，与传统淬火处理相比，通过电脉冲处理，25simn2mov钢的强度与塑性在440毫秒内得到同时提高，说明对25simn2mov钢应用附加约束并控制冷却的电脉冲处理工艺省时高效，可代替原有的传统淬火处理工艺。实施例5：本实施例中的一种基于脉冲电流的钢铁材料组织细化新方法，包括以下步骤：步骤一：获取钢材并进行预处理；a.冶炼具有名义成份(按质量百分比)：含碳0.07％，含硅0.20％，含锰1.30％，含铝0.04％，含磷0.015％，含硫0.001％，其余为铁的dp600钢。b.进行均质化处理，在1200℃下保温3个小时，然后炉冷至室温。c.将均质化处理后的dp600钢加热至1150℃，用热连轧机组进行热轧，控制终轧温度为880℃，终轧后，将dp600钢继续冷却至760℃，保温30min，然后快速冷却至200℃进行低温卷曲。步骤二：对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的dp600钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.将dp600钢薄片两端的上下表面通过自由度为零的约束固定在两电极之间，电极间距为40毫米。c.利用含有可控硅放大电路的电脉冲装置对dp600钢薄片进行电脉冲处理，电流频率为50hz，电流密度为5.74×107a/m2，处理时长为400毫秒，处理次数为一次，设备放电结束时立即对dp600钢薄片进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。步骤三：对预处理后的钢材进行一定工艺的传统热处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的dp600钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。b.利用电阻炉对dp600钢薄片进行传统热处理(淬火+再结晶)，处理温度为850℃，保温时长为6分钟，处理后立即进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。步骤四：对电脉冲处理和传统热处理后的钢材进行组织表征及力学性能检测；a.用金相砂纸将处理后的dp600钢薄片进行打磨处理，终磨目数为2000目；然后采用抛光膏将dp600钢薄片抛光至表面无肉眼可见划痕；最后采用体积分数为4％的硝酸酒精溶液对其进行室温腐蚀，腐蚀约1分钟；腐蚀结束后，对dp600钢进行显微组织观察。b.对处理后的dp600钢薄片进行室温拉伸测试，拉伸速率为0.2mm/min。对处理后的dp600钢薄片进行硬度测试。电脉冲处理后，dp600钢的板条马氏体宽度从传统处理(淬火+再结晶)的0.56微米细化至0.15微米。此外，在电脉冲处理的dp600钢中还发现了围绕原奥氏体晶界分布的更细小的晶粒。由此可见，电脉冲处理后dp600钢的晶粒得到明显细化。具体的细化机制为：脉冲电流提高了扩散型相变中奥氏体的形核率，仅400毫秒的处理时长和快速油冷抑制了奥氏体的长大，此外，电能的输入为变形晶粒的再结晶提供了驱动力，促进了再结晶。经传统处理(淬火+再结晶)的dp600钢的抗拉强度为1005mpa，断裂延伸率为7.9％，硬度为39.2hrc；而经电脉冲处理后，抗拉强度与断裂延伸率都得到提高，抗拉强度为1120mpa，延伸率为9.5％，硬度为38.9hrc。本实施例中硬度、强度与塑性同时提升的机制为细晶强化。本实施例的结果表明，与传统处理相比，通过电脉冲处理，dp600钢的强度与塑性在400毫秒内得到同时提高，说明对dp600钢应用附加约束并控制冷却的电脉冲处理工艺省时高效，可代替原有的传统处理(淬火+再结晶)工艺。实施例6：本实施例中的一种基于脉冲电流的钢铁材料组织细化新方法，包括以下步骤：步骤一：获取钢材并进行预处理；a.冶炼具有名义成份(按质量百分比)：含碳0.46％，含硅0.14％，含锰0.78％，含铬0.20％，含镍0.16％，含磷0.003％，含硫0.003％，其余为铁的介稳奥氏体锰钢。b.进行均质化处理，在1200℃下保温3个小时，然后炉冷至室温。c.利用电阻炉对介稳奥氏体锰钢进行预处理，处理温度为1000℃，处理时间为2小时，处理后立即水冷至室温。步骤二：对预处理后的钢材在一定冷却及约束条件下进行电脉冲处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的介稳奥氏体锰钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片。；然后于液氮中进行深冷处理，处理时间为1分钟。b.将介稳奥氏体锰钢薄片两端的上下表面通过自由度为零的约束固定在两电极之间，电极间距为40毫米。c.利用含有可控硅放大电路的电脉冲装置对介稳奥氏体锰钢薄片进行电脉冲处理，电流频率为50hz，电流密度为4.72×107a/m2，处理时长为240毫秒，处理次数为一次，设备放电结束时立即对介稳奥氏体锰钢薄片进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。d.将电脉冲处理后的介稳奥氏体锰钢在液氮中进行深冷处理，处理时长约1分钟。步骤三：对预处理后的钢材进行一定工艺的传统热处理；a.用数控电火花切割机将预处理后的介稳奥氏体锰钢切割成尺寸为：10毫米宽，50毫米长，2.5毫米厚的薄片；然后于液氮中进行深冷处理，处理时间为1分钟。b.利用电阻炉对介稳奥氏体锰钢薄片进行传统热处理(淬火)，处理温度为1000℃，保温时长为6分钟，处理后立即进行冷却直至温度降至室温，冷却介质为水。c.将电脉冲处理后的介稳奥氏体锰钢在液氮中进行深冷处理，处理时长约1分钟。步骤四：对电脉冲处理和传统热处理后的钢材进行组织表征及力学性能检测；a.用金相砂纸将处理后的介稳奥氏体锰钢薄片进行打磨处理，终磨目数为2000目；然后采用抛光膏将介稳奥氏体锰钢薄片抛光至表面无肉眼可见划痕；最后采用体积分数为4％的硝酸酒精溶液对其进行室温腐蚀，腐蚀约1分钟；腐蚀结束后，对介稳奥氏体锰钢进行显微组织观察。b.对处理后的介稳奥氏体锰钢薄片进行室温拉伸测试，拉伸速率为0.2mm/min。对处理后的介稳奥氏体锰钢薄片进行硬度测试。电脉冲处理后，介稳奥氏体锰钢的板条马氏体宽度从传统处理(淬火)的3.11微米细化至0.28微米。由此可见，电脉冲处理可使介稳奥氏体锰钢的显微组织显著细化。具体的细化机制为：电脉冲处理的焦耳热效应使介稳奥氏体锰钢的温度瞬间升至奥氏体化温度，而由于极短的处理时间，此过程可视为奥氏体的逆变过程，该过程无需碳原子扩散，仅需晶格重组(由体心立方转变为面心立方)；而传统处理在奥氏体化过程中需要原子扩散，所以电脉冲处理中将不会有能量消耗于原子扩散，这将导致奥氏体形核率提高，而极短时间的处理又抑制其长大，所以最终电脉冲处理将使介稳奥氏体锰钢的显微组织显著细化。经传统处理(淬火)的介稳奥氏体锰钢的抗拉强度为485mpa，断裂延伸率为4.9％，硬度为15.3hrc；而经电脉冲处理后，抗拉强度与断裂延伸率都得到提高，抗拉强度为652mpa，延伸率为9.8％，硬度为23.6hrc。本实施例中硬度、强度与塑性同时提升的机制为细晶强化。本实施例的结果表明，与传统处理相比，通过电脉冲处理，介稳奥氏体锰钢的强度与塑性在240毫秒内得到同时提高，说明对介稳奥氏体锰钢应用附加约束并控制冷却的电脉冲处理工艺省时高效，可代替原有的传统处理(淬火)工艺。本发明不局限于以上实施例，在本发明公开的工艺的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，无需创造性劳动就可以对其中一些技术特征所做出的简单修改、修饰或等同变化，均属于本发明的技术方案范围内。在本说明书的描述中，需指出，除非另有明确的规定和限定，术语“电脉冲处理”应做广义理解，例如，可以使用直流电进行处理，也可以进行交流电处理，还可以使用任意波形、频率及电流密度的电流进行处理。对于本领域的普通技术人员而言，可依具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中所述的初始状态、电脉冲处理参数、电极间距、固定约束及控制冷却等术语，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，仍可做出若干修饰及改进，这些修饰及改进仍属于本发明的保护范围。表1表2(注：每种状态至少选择5个试样进行拉伸检测)实施例σ0.2(mpa)σuts(mpa)εf(％)hardness(hv/hrc)1传统936±51820±87.4±0.251.6±1.4hrc1电脉冲1154±71998±68.9±0.158.8±1.1hrc2传统613±8905±1015.8±0.426.5±0.9hrc2电脉冲807±161015±1416.3±0.830.6±1.7hrc3传统1567±61776±912.2±1.148.7±0.4hrc3电脉冲1700±121855±815.1±0.349.2±1.2hrc4传统1205±111580±85.9±0.354.2±0.4hrc4电脉冲1412±31711±1210.8±0.262.1±1.8hrc5传统617±131005±127.9±0.532.5±2.3hrc5电脉冲725±91120±49.5±0.538.9±1.6hrc6传统296±9485±74.9±0.215.3±0.5hrc6电脉冲348±14652±109.8±0.723.6±0.8hrc当前第1页12