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亚共析钢获得双峰晶粒尺寸分布超细晶组织的工艺方法
    【技术领域】

    本发明涉及一类工程用钢的组织控制工艺技术领域。

    技术背景

    由于超细晶或纳米晶材料加工硬化能力低而使其室温均匀延伸率和总延伸率远低于其粗晶材料。王胜刚等人(五金科技，2003，(12)：36)用深度扎制+400℃退火制备的纳米工业纯铁板的延伸率只有6％。Y.T.Zhu(J.Mater.Res.，2003，18：1908)在纳米结构Ti和H.Jin(Scripta Materialia，2004，50：1319)在超细晶Al-Mg合金的研究报道了它们在冷加工时极易出现塑性失稳。这极大地限制了超细或纳米晶材料作为结构材料的加工和实际应用。因此，探索更为适合于工业生产的大块超细/纳米晶钢材的方法以及提高其均匀延伸率是亟待解决的问题。近年来的研究表明，在超细晶组织中引入适量的相对粗大的晶粒，即造成双峰晶粒尺寸分布的晶粒结构，可以在强度损失很小的情况下极大提高延伸率。这种组织特征可能成为一种纳米结构金属获得均匀拉伸变形的方法(Y.M.Wang，E.Ma.Acta Mater，2004，52：1699)，而且在纯Cu(Y.Wang，M.Chen，F.Zhou，E.Ma.Nature，2002，419：912)和Al合金(D.Witkins，Z.Lee，R.Rodrigues，S.Nutt，E.J.Lavernia.Scripta Materialia，2003，49：297)中得到了证实。到目前为止，还没见到在工程用钢中获得双峰晶粒尺寸分布的超细晶和纳米晶组织的工艺方法的报道。

    【发明内容】

    为了在很小损失强度的条件下大大提高超细晶钢的延展性，拓宽超细晶钢结构应用范围，本发明提供了一种在亚共析钢中获得双峰晶粒尺寸分布超细晶组织的工艺方法，用该工艺方法处理的亚共析钢具有强度高和延展性好的特性。该工艺方法与控制温轧技术结合，可经济地用于具有优异综合力学性能地超细晶钢板材和带材的生产。

    本发明提供的在亚共析钢中获得双峰晶粒尺寸分布超细晶组织的工艺方法是：在温变形和冷变形前，钢加热到Ac1～Ac3+20℃温度范围内保温透烧，30～80％变形后立即淬火，获得马氏体+铁素体两相的预备组织；在700～350℃温度下单道次或多道次变形，总变形量在50％以上；或者在室温变形50％后，在350～700℃进行再结晶退火，退火时间为0.2～18小时。经上述处理，亚共析钢可以获得在直径为0.4μm以下的超细晶基体中含有一定分数尺寸为1～3μm相对大的晶粒组织，即获得双峰晶粒尺寸分布超细晶组织，从而在很小损失强度的条件下大大提高超细晶钢的延展性。

    本发明的特点如下：

    1、在超细晶钢中造成晶粒尺寸的不均匀或梯度的组织，而常规控制组织要求晶粒尺寸细小且均匀。

    2、在Ac1～Ac3+20℃温度范围内形变淬火可以得到细化的铁素体+马氏体双相的预备组织，在变形后的再结晶退火过程中，由于两相化学成分的差异，造成再结晶动力学的差异，导致再结晶后两相晶粒尺寸的差异。原马氏体中含碳量高，变形后再结晶动力学过程慢，而且还会析出碳化物阻碍再结晶进行，最后原马氏体形成超细晶组织而原铁素体形成较为粗大晶粒组织，得到了双峰晶粒尺寸分布的组织。

    本发明可以与控制温轧技术结合，经济地生产具有较高延性的超细晶钢板材和带材。

    【具体实施方式】

    实施例：将尺寸为φ12×16mm的20CrMnTi钢圆柱形试样，用Gleeble-3500热机械模拟试验机在770℃进行80％压缩变形，立即淬火，然后在液压机上进行40％室温压缩变形，再在550℃退火30min。处理后，用透射电镜观察微观组织，测定并统计晶粒尺寸分布，得到双峰晶粒尺寸分布的组织，其中200～50nm以下晶粒的体积分数占50％，1～2μm晶粒的体积分数占30％，其余尺寸范围晶粒的体积分数占20％。

    用这种方法对20CrMnTi钢进行770℃压缩80％变形淬火+40％室温压缩变形+550℃×30min再结晶处理，获得了主要由直径为50～200nm和1～2μm的晶粒组成的双峰晶粒尺寸分布的组织。