CN114214573B - 一种铁素体马氏体双相钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁素体马氏体双相钢及其制备方法，所述铁素体马氏体双相钢，由以下质量百分比的元素组成，C：0.1％～0.35％；Mo：0.01％～0.5％；Si：1.2％～3.5％；Mn：1.5％～3.0％；Cr：0.8％～3.5％；V：0.05％～0.25％；Ni：0.1％～1.5％；余量为Fe。本发明通过简单的热处理工艺制备得到细片状铁素体马氏体双相钢材料，双相钢组织为多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。

Description

一种铁素体马氏体双相钢及其制备方法
技术领域
本发明属于铁素体马氏体双相钢制备技术领域，特别涉及一种铁素体马氏体双相钢及其制备方法。
背景技术
钢铁材料是人类社会和经济发展的物质基础，钢铁材料相比较于其他工程材料具有强度高、塑韧性好、材质均匀、工作可靠性高等特点，其显著的机械特性使其在工业制造的应用中极具吸引力。随着海洋工程、能源化工、交通运输等行业的发展，要求钢铁材料在具有高强度的同时拥有良好的韧性，高强韧钢对减轻结构件重量、提高安全性和降低能源消耗具有重要意义。
铁素体马氏体双相钢是上世纪60～70年代发展起来的同时拥有高强度高韧性的钢种，其结构是由硬质相马氏体和软基体相铁素体组成。铁素体马氏体双相钢表现出良好的机械性能，如高强度、良好的成形性、低屈强比、高加工硬化率、高均匀总伸长率、高抗疲劳性和可焊性，并在汽车等领域得到广泛的应用。
目前制备超细晶双相钢材料的方法主要有形变诱导相变技术和大变形+两相区短时加热制备技术，两类方法虽然能制备出性能优异的双相钢，但两种方法均有一定的弊端；其中，形变诱导相变技术对变形速率、冷却速率等工艺条件要求严格；大变形+两相区短时加热制备双相钢技术需要对材料进行大塑性变形，材料变形抗力大，因此一般用于在实验室制备厘米及以下级别的双相钢材料，且过程中需要消耗大量能源。综上，适合工业化生产的大尺寸细晶双相钢制备仍是双相钢生产领域的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁素体马氏体双相钢及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过简单的热处理工艺制备得到细片状铁素体马氏体双相钢材料，双相钢组织为多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种铁素体马氏体双相钢，由以下质量百分比的元素组成，
C：0.1％～0.35％；
Mo：0.01％～0.5％；
Si：1.2％～3.5％；
Mn：1.5％～3.0％；
Cr：0.8％～3.5％；
V：0.05％～0.25％；
Ni：0.1％～1.5％；
余量为Fe；
其中，所述铁素体马氏体双相钢组织为：多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。
本发明的进一步改进在于，所述铁素体马氏体双相钢中，马氏体条片厚度为0.2～1.5μm，铁素体条片厚度为0.1～2.0μm。
本发明的进一步改进在于，所述铁素体马氏体双相钢中，原奥氏体的平均晶粒尺寸为20～120μm。
本发明的进一步改进在于，所述铁素体马氏体双相钢中，马氏体的体积分数为15％～70％。
本发明提供的一种铁素体马氏体双相钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照权利要求1的元素配比，制备获得合金钢；
步骤2，将步骤1获得的合金钢奥氏体化，保温，冷却至室温，获得板条马氏体或贝氏体钢；
步骤3，将步骤2获得的板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区内的预定温度，保温，冷却，制备获得具有板条特征的铁素体马氏体双相钢。
本发明的进一步改进在于，步骤2中，将步骤1获得的合金钢奥氏体化时，奥氏体化温度范围为800～1200℃。
本发明的进一步改进在于，步骤2中，冷却至室温的步骤具体包括：采用水淬或空冷的方式，冷却至室温。
本发明的进一步改进在于，步骤3中，冷却的步骤具体包括：采用水淬或空冷的方式进行冷却处理。
本发明的进一步改进在于，步骤3中，保温的时长范围为0.5～2h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的合金钢具有明显的组织遗传特征，淬火或空冷后获得的板条马氏体或贝氏体组织在两相区加热后可获得具有板条特征的铁素体/奥氏体组织，经水淬或空冷后可获得细片状的铁素体马氏体双相组织。
本发明提供了一种细片状铁素体马氏体双相钢的制备方法，利用马氏体或贝氏体钢在两相区加热过程中的组织遗传现象，经两相区加热后得到具有板条特征的铁素体和奥氏体组织，使组织得到细化，之后水淬或空冷得到细片状铁素体马氏体组织。本发明的细片状铁素体马氏体双相钢的制备方法相较于大变形+两相区短时加热制备方法过程简单，不需要进行大程度的塑性变形，可以制备尺寸较大的工件；相较于形变诱导相变制备方法热处理过程简单，可控性强，不需要进行形变即可获得铁素体马氏体双相钢，大大降低了制备难度。除此以外，本发明方法还能够通过调控奥氏体化温度及两相区加热温度和调控加热时间调整细片状铁素体马氏体双相钢中两相的含量及尺寸，制备过程节能环保，适合工业化生产。
本发明的铁素体马氏体双相钢的热处理工艺简单、生产效率高，只需要对淬火马氏体或空冷贝氏体组织进行简单的两相区加热和淬火处理就可以得到性能优异的具有板条特征的铁素体马氏体组织，该方法减少了现阶段制备方法繁琐的工艺步骤，能够为车间节约大量能源，制备过程中对设备要求低，一般热处理车间在不增加设备的前提下即可组织生产，基本上不存热处理方面的困难。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例2中，合金钢淬火马氏体组织示意图；
图2是本发明实施例2中，制备的具有板条特征的细片状铁素体马氏体双相钢SEM组织示意图；
图3是本发明实施例2中，制备的具有板条特征的细片状铁素体马氏体双相钢TEM组织示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明实施例的一种细片状铁素体马氏体双相钢，以重量百分比计，其化学成分为，
C：0.1％～0.35％；
Mo：0.01％～0.5％；
Si：1.2％～3.5％；
Mn：1.5％～3.0％；
Cr：0.8％～3.5％；
V：0.05％～0.25％；
Ni：0.1％～1.5％；
余量为Fe；
其中，细片状双相钢组织为：多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。
本发明实施例中，原奥氏体的平均晶粒尺寸为20～120μm，马氏体条片厚度为0.2～1.5μm，铁素体条片厚度为0.1～2.0μm，马氏体的体积分数为15～70％。
本发明的合金钢具有明显的组织遗传特征，淬火或空冷后获得的板条马氏体或贝氏体组织在两相区加热后可获得具有板条特征的铁素体/奥氏体组织，经水淬或空冷后可获得细片状的铁素体马氏体双相组织。
本发明实施例的一种细片状铁素体马氏体双相钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合金钢成分按重量百分比(wt.％)为：C：0.1％～0.35％；Mo：0.01％～0.5％；Si：1.2％～3.5％；Mn：1.5％～3.0％；Cr：0.8％～3.5％；V：0.05～0.25％；Ni：0.1～1.5％，余量为Fe；将该合金钢奥氏体化并保温一定时间后进行水淬或空冷至室温，得到板条马氏体或贝氏体组织。
步骤二：将步骤一中获得的板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区某一温度，保温一定时间后进行水淬或空冷处理，即可得到具有板条特征的细片状铁素体马氏体双相钢。
其中，步骤一中合金钢的奥氏体化温度为800～1200℃。步骤二中板条马氏体或贝氏体钢加热温度设定在A1～A3温度之间，保温时间为0.5～2h。
本发明实施例的铁素体马氏体双相钢的热处理工艺简单、生产效率高；只需要对淬火马氏体或空冷贝氏体组织，进行简单的两相区加热和淬火处理，可以得到具有板条特征的铁素体马氏体组织，能够节约大量能源；制备过程中对设备要求低，一般热处理车间在不增加设备的前提下即可组织生产，基本上不存热处理方面的困难。
本发明实施例的细片状铁素体马氏体双相钢，经完全奥氏体化之后水淬或空冷获得马氏体或贝氏体组织，再将上述获得的马氏或贝氏体钢在A1～A3之间某一温度保温0.5～2.0h(两相区加热)后水淬或空冷至室温，获得细片状铁素体马氏体双相钢，且马氏体相的体积分数可通过调控两相区加热温度调控。
实施例1
本发明实施例中，制备材料成分为，
Fe-0.25％C-1.8％Mn-1.8％Si-1.3％Cr-0.4％Mo-0.25％Ni-0.1％V的双相钢材料；
具体制备方法操作如下：
将合金钢加热至1000℃奥氏体化，保温1h使奥氏体成分均匀化，然后水淬得到板条马氏体组织，原奥氏体晶粒尺寸为85μm左右；
将板条马氏体组织重新加热至780℃，保温1h后进行水淬处理，即可得到细片状铁素体马氏体双相钢。
实施例2
本发明实施例中，制备材料成分为，
Fe-0.25％C-1.8％Mn-1.8％Si-1.3％Cr-0.4％Mo-0.25％Ni-0.1％V的双相钢材料；
具体制备方法操作如下：
将合金钢加热至920℃奥氏体化，保温1.5h使奥氏体成分均匀化，然后空冷得到贝氏体组织，原奥氏体晶粒尺寸为47μm左右，组织如图1所示；
将贝氏体组织重新加热至780℃，保温1h后将材料进行水淬处理，即可得到细片状铁素体马氏体双相钢，SEM组织如图2所示，TEM组织如图3所示。
实施例3
本发明实施例中，制备材料成分为，
Fe-0.25％C-1.8％Mn-1.8％Si-1.3％Cr-0.4％Mo-0.25％Ni-0.1％V的双相钢材料；
具体制备方法操作如下：
将合金钢加热至1200℃奥氏体化，保温2h使奥氏体成分均匀化，然后水淬得到板条马氏体组织，板条马氏体尺寸为215μm左右；
将板条马氏体组织重新加热至780℃，保温1h后将材料进行水淬处理，即可得到细片状铁素体马氏体双相钢。
实施例4
本发明实施例中，制备材料成分为，
Fe-0.2％C-1.8％Mn-1.8％Si-1.3％Cr-0.4％Mo-0.25％Ni-0.1％V的双相钢材料；
具体制备方法操作如下：
将合金钢加热至900℃奥氏体化，保温1.5h使奥氏体成分均匀化，然后水淬得到板条马氏体组织；
将板条马氏体组织重新加热至800℃，保温1.5h后将材料进行水淬处理，即可得到细片状铁素体马氏体双相钢。
实施例5
本发明实施例中，制备材料成分为，
Fe-0.3％C-1.8％Mn-1.8％Si-2％Cr-0.4％Mo-0.25％Ni-0.1％V的双相钢材料；
具体制备方法操作如下：
将合金钢加热至900℃奥氏体化，保温1.5h使奥氏体成分均匀化，然后水淬得到板条马氏体组；
将板条马氏体组织重新加热至800℃，保温1.5h后将材料进行水淬处理，即可得到细片状铁素体马氏体双相钢。
实施例6
本发明实施例提供的一种铁素体马氏体双相钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照C：0.1％，Mo：0.01％，Si：1.2％，Mn：1.5％，Cr：0.8％，V：0.05％，Ni：0.1％，余量为Fe的元素配比，制备获得合金钢；
步骤2，将步骤1获得的合金钢奥氏体化，保温，冷却至室温，获得板条马氏体或贝氏体钢；
步骤3，将步骤2获得的板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区内的预定温度，保温，冷却，制备获得具有板条特征的铁素体马氏体双相钢。
其中，步骤2中，将步骤1获得的合金钢奥氏体化时，奥氏体化温度范围为800℃；步骤2中，冷却至室温的步骤具体包括：采用水淬的方式，冷却至室温；步骤3中，冷却的步骤具体包括：采用水淬的方式进行冷却处理；步骤3中，保温的时长范围为0.5h。
本发明实施例制备的铁素体马氏体双相钢组织为：多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。
实施例7
本发明实施例提供的一种铁素体马氏体双相钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照C：0.25％，Mo：0.25％，Si：2.5％，Mn：2.0％，Cr：2.0％，V：0.15％，Ni：1.0％，余量为Fe的元素配比，制备获得合金钢；
步骤2，将步骤1获得的合金钢奥氏体化，保温，冷却至室温，获得板条马氏体或贝氏体钢；
步骤3，将步骤2获得的板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区内的预定温度，保温，冷却，制备获得具有板条特征的铁素体马氏体双相钢。
其中，步骤2中，将步骤1获得的合金钢奥氏体化时，奥氏体化温度范围为1000℃；步骤2中，冷却至室温的步骤具体包括：采用水空冷的方式，冷却至室温；步骤3中，冷却的步骤具体包括：采用空冷的方式进行冷却处理；步骤3中，保温的时长范围为1h。
本发明实施例制备的铁素体马氏体双相钢组织为：多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。
实施例8
本发明实施例提供的一种铁素体马氏体双相钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照C：0.35％，Mo：0.5％，Si：3.5％，Mn：3.0％，Cr：3.5％，V：0.25％，Ni：1.5％，余量为Fe的元素配比，制备获得合金钢；
步骤2，将步骤1获得的合金钢奥氏体化，保温，冷却至室温，获得板条马氏体或贝氏体钢；
步骤3，将步骤2获得的板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区内的预定温度，保温，冷却，制备获得具有板条特征的铁素体马氏体双相钢。
其中，步骤2中，将步骤1获得的合金钢奥氏体化时，奥氏体化温度范围为1200℃；步骤2中，冷却至室温的步骤具体包括：采用空冷的方式，冷却至室温；步骤3中，冷却的步骤具体包括：采用水淬的方式进行冷却处理；步骤3中，保温的时长范围为2h。
本发明实施例制备的铁素体马氏体双相钢组织为：多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内。
本发明实施例制备的细片状铁素体马氏体双相钢的化学成分为：C：0.1％～0.35％；Mo：0.01％～0.5％；Si：1.2％～3.5％；Mn：1.5％～3.0％；Cr：0.8％～3.5％；V：0.05～0.25％；Ni：0.1～1.5％，余量为Fe。将该合金钢奥氏体化并保温一定时间后进行水淬或空冷至室温，得到板条马氏体或贝氏体组织。将板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区某一温度，保温一定时间后进行水淬或空冷处理，即可得到具有板条特征的细片状铁素体马氏体双相钢。根据上述化学成分、处理工艺和组织控制技术制备的细片状铁素体马氏体双相钢不仅具有高的抗拉强度，而且还有较好的塑性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种铁素体马氏体双相钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照元素配比，制备获得合金钢；
步骤2，将步骤1获得的合金钢奥氏体化，保温，冷却至室温，获得板条马氏体或贝氏体钢；
步骤3，将步骤2获得的板条马氏体或贝氏体钢加热至两相区内的预定温度，保温，冷却，制备获得具有板条特征的铁素体马氏体双相钢；
其中，步骤1中的元素配比按照质量百分比的元素组成为，
C：0.1％～0.35％；
Mo：0.01％～0.5％；
Si：1.2％～3.5％；
Mn：1.5％～3.0％；
Cr：0.8％～3.5％；
V：0.05％～0.25％；
Ni：0.1％～1.5％；
余量为Fe；
步骤2中，将步骤1获得的合金钢奥氏体化时，奥氏体化温度范围为800～1200℃；冷却至室温的步骤具体包括：采用水淬或空冷的方式，冷却至室温；
步骤3中，冷却的步骤具体包括：采用水淬或空冷的方式进行冷却处理；保温的时长范围为0.5～2h；
制备获得的铁素体马氏体双相钢组织为：多位向板条特征的铁素体和马氏体呈交替状分布在原奥氏体的晶内；所述铁素体马氏体双相钢中，马氏体条片厚度为0.2～1.5μm，铁素体条片厚度为0.1～2.0μm；所述铁素体马氏体双相钢中，原奥氏体的平均晶粒尺寸为20～120μm；所述铁素体马氏体双相钢中，马氏体的体积分数为15％～70％。
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