CN108998636B - 一种加工软化低碳钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种加工软化低碳钢的制备方法，其主要是采用含碳量为0.13～0.21％的普通低碳钢，在Ac1上30℃保温1小时，放入10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75～80％，其组织为平行排列的C过饱和的变形板条铁素体；在200℃～400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。本发明制备方法简单，低碳钢室温应力‑应变曲线呈现出加工软化特征，其组织为薄饼形过饱和变形铁素体晶粒，强度和延伸率高于淬火‑回火态的同一低碳钢。

Description

一种加工软化低碳钢的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种金属材料的制备方法。
技术背景
金属材料室温变形普遍出现加工硬化行为。在特定条件下，少数单晶体金属存在室温(低温)加工软化。
钢铁、有色金属合金等多晶体工程材料，普遍具有加工硬化特性，表现为材料在室温变形时，晶粒形状改变，位错密度增加，硬度、强度提高。其应力-应变曲线在屈服点后呈抛物线型继续上升，按曲线最高点确定断裂强度，普遍高于屈服强度。例如304LN不锈钢，其室温屈服强度约为400-500MPa，在屈服点后应力-应变曲线斜率保持上升，断裂强度约为600～750MPa，是典型的加工硬化行为[Science and Engineering A,486(2008),283–286]；超细晶Q&P钢在室温至190℃拉伸，其应力-应变曲线在屈服点后普遍升高，断裂强度分别为1450MPa-1650MPa，普遍高于屈服强度[Scripta Materialia,123(2016),69–72]。
这种加工硬化是多晶体金属材料的普遍性质。只有在特殊情况下，金属材料才会出现加工软化的反传统行为。
A.H.Cottrell提出，金属材料的加工软化表现为其应力-应变曲线第3阶段的硬化速率降低。他认为，确定金属材料的加工软化通常需要3个条件：1)在低温或室温下变形；2)材料为单晶体；3)延性好的金属，如Al、Cu、不锈钢，如Al单晶体室温变形即发生加工软化[Philosophical Magazine Letters,81(1),2001,23-28]。单晶体Zn在77K压缩变形，其应力-应变曲线在没有明显的塑性变形即发生应***化，经X-Ray、TEM分析，确定这种应***化的机制是变形中晶体发生扭折，〈1120〉(0001)滑移系开动导致的几何软化[Philosophical Magazine,30:3,515-526,DOI:10.1080/14786439808206577]。
低碳钢的主要成分为Fe、C元素，通常经过热处理得到回火低碳马氏体、珠光体或铁素体+渗碳体组织，其屈服强度300MPa～1200MPa，在船舶、桥梁、车辆、锅炉等领域有广泛的应用。已经发现，对低碳钢分别进行热轧、淬火和ECAP处理，ECAP晶粒细化优于固溶处理和相变处理，材料强化效果优于淬火[Materials and Design,65(2015)，115-119,]；0.18％C钢通过提高轧制速度使晶粒细化至400μm，强度由350GMp提高到810GMp，但钢的韧性显著降低[Materials Letters,160(2015),213-217]。
值得注意的是，有关钢铁材料的各项研究中，无一例外的其应力-应变曲线都呈现加工硬化特征。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法简单、低碳钢室温应力-应变曲线呈现出加工软化特征的加工软化低碳钢的制备方法。
本发明的制备方法如下：
采用含碳量为0.13％～0.21％的普通低碳钢，在Ac1上30℃保温1小时，放入10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75～80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在200～400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
制备方法简单，低碳钢室温应力-应变曲线呈现出加工软化特征，其组织为薄饼形过饱和变形铁素体晶粒，强度和延伸率高于淬火-回火态的同一低碳钢。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的低碳钢的室温拉伸应力-应变曲线对比图。
图2是本发明实施例1制备的加工软化低碳钢的光学金相组织，a)钢板侧面金相组织、b)钢板轧面金相组织。
图3是本发明实施例1制备的加工软化低碳钢淬火-80％变形-400℃回火的室温应力应变曲线图。
图4是本发明实施例2制备的加工软化低碳钢淬火-80％变形-200℃回火的室温应力应变曲线图。
图5是本发明实施例3制备的加工软化低碳钢淬火-80％变形-300℃回火的室温应力应变曲线图。
图6是本发明实施例4制备的加工软化低碳钢淬火-75％变形-300℃回火的室温应力应变曲线图。
图7是本发明实施例5制备的加工软化低碳钢淬火-75％变形-400℃回火的室温应力应变曲线图。
具体实施方式
实施例1
选用15低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C 0.13％、Si 0.08％、Mn 0.13％、P0.01％、S0.004％、余量为Fe，加热到920℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体；室温下冷轧，变形量为80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条；在400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。
如图1所示，1是制备的低碳钢曲线在屈服点后随着应变增加强度降低，具有加工软化特征；作为对比，2是同一低碳钢退火态的曲线，在屈服点后随着应变增加强度增高，是经典的加工硬化特征。
如图2所示，a)钢板侧面金相组织，细线为平行排列的C过饱和变形铁素体板条；b)钢板轧面金相组织，多边形是大尺寸C过饱和铁素体晶粒。低碳钢晶粒为薄饼形。
测量室温拉伸应力-应变曲线，如图3所示；其力学性能见表1。
表1 15钢淬火-80％变形-400℃回火的力学性能
Figure BDA0001768126960000031
实施例2
选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C 0.13％、Si 0.08％、Mn 0.13％、P 0.01％、S 0.004％、余量为Fe，加热到920℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在200℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。
测量室温拉伸应力-应变曲线，如图4所示；其力学性能见表2。
表2 15钢淬火-80％变形-200℃回火的力学性能
Figure BDA0001768126960000032
实施例3
选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C 0.13％、Si 0.08％、Mn 0.13％、P 0.01％、S 0.004％、余量为Fe，加热到920℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在300℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。
测量室温拉伸应力-应变曲线，如图5所示；其力学性能见表3。
表5 15钢淬火-80％变形-300℃回火的力学性能
Figure BDA0001768126960000033
实施例4
选用20号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C 0.21％、Si 0.07％、Mn 0.18％、P 0.02％、S 0.006％、Cr 0.41％、Mo 0.33％、余量为Fe，加热到935℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在300℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。
测量室温拉伸应力-应变曲线，如图6所示；其力学性能见表4.
表4 20钢淬火-75％变形-300℃回火的力学性能
Figure BDA0001768126960000041
实施例5
选用20号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：C 0.21％、Si 0.07％、Mn 0.18％、P 0.02％、S 0.006％、Cr 0.41％、Mo 0.33％、余量为Fe，加热到935℃保温1小时，经10％氯化钠冰水淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体板条，在400℃回火，得到薄饼形晶粒低碳钢板。
测量室温拉伸应力-应变曲线，如图7所示；其力学性能见表5.
表5 20钢淬火-75％变形-400℃回火的力学性能
Figure BDA0001768126960000042

Claims (1)

1.一种加工软化低碳钢的制备方法，其特征是：采用含碳量为0.13～0.21％的普通低碳钢，在Ac1上30℃保温1小时，放入10％氯化钠冰水中淬火得到板条马氏体，室温冷轧，变形量为75～80％，其组织为平行排列的C过饱和变形铁素体；在200℃～400℃回火，得到薄饼形C过饱和铁素体晶粒的低碳钢板。
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US4146409A (en) * 1977-06-06 1979-03-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Process for making a high toughness-high strength iron alloy
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