一种动态异构强化的相变诱发塑性合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料，特别是涉及一种动态异构强化的相变诱发塑性合金及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，汽车工业迅猛发展，汽车保有量呈上升态势。但随之而来的燃油短缺、汽车环境污染等问题日益严重，节能、环保、安全、舒适成为汽车工业发展的新方向，车身对耐蚀性能和抗冲撞性能的要求也越来越高。相变诱发塑性(trip)合金是一种具有良好塑性和韧性的高强度材料，可用于汽车车身装备制造等，以保证安全。传统trip合金的组织为高塑性的软质铁素体基体和硬质的第二相贝氏体及少量的残余奥氏体，这种相变诱发塑性钢在扩孔等成型过程中，会出现开裂问题，降低了成材率，限制了其广泛的应用。

2、对于具有良好成型性、以奥氏体为基体的trip合金，变形过程中质软的奥氏体通过相变转化为硬质的马氏体，此时奥氏体与马氏体相邻且两者具有显著的力学响应差异、包括强度、塑性、加工硬化等，变形过程中相邻区域间的界面会形成应变梯度，由此产生的背应力引起加工硬化，弥补林位错硬化的不足；特别在高强度水平下，可以获得强度与韧/塑性的良好协调，表现出典型的动态异构(dhdi)强化效应。传统的以奥氏体为基体的trip合金，在变形初期奥氏体快速转变为马氏体，材料表现出强的加工硬化能力；然而当奥氏体完全转变为马氏体后，材料的变形能力丧失并迅速发生断裂，其延伸率和强塑积不足。

3、申请号为cn202310061738.8的专利申请公开一种层状异构组织高强钢的制造方法，钢板成分为：c：0.35～0.45％，mn：9.5～10.5％，al：1.5～2.5％，v：0.45～0.55％，si：0.5～1.5％，mo：0～0.5％；其提供的钢板虽然具有优异的力学性能，但高含量的mn和al使得连铸过程较困难，且轧制过程变形抗力大、焊接性差问题也较为突出，且钢板的耐腐蚀性能较低，不适用大规模推广应用。申请号为cn202011485343.3的专利公开一种核电阀门用奥氏体不锈钢及其制备方法，不锈钢的成分为c≤0.08％，si≤0.8％，mn≤2.00％，s≤0.02％，p≤0.03％，cr：17.0～19.0％，ni：9.0～12.0％，co≤0.08％，ti≥5×c％；所提供的材料具有大的延伸率和较高冲击吸收功，但是其强度较低，且循环锻压工艺复杂操作困难，生产效率低。总而言之，现有不锈钢系trip合金具有高强度和高加工硬化能力，但是塑性和韧性不足，难以满足如车身等结构件对抗冲击性能的要求；此外，传统trip合金在扩孔等成型过程中容易出现开裂等问题，降低了成材率，且部分材料的加工工艺复杂操作困难，限制其广泛应用。因此，如何通过“适中的”合金成分和组织结构设计，获得具有高强塑性和大强塑积的合金，是实现trip合金广泛应用的关键。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种动态异构强化的相变诱发塑性合金制备方法，通过合金原料、成分配比、加工工艺和参数的协同调控，有效调整奥氏体相的层错能和晶粒尺寸，获得稳定性适中的奥氏体基体以减缓变形过程中马氏体相变的速率，优化trip和dhdi协同强化的作用方式，从而制备出具有优异综合性能的合金，所制备的合金具有更高的强度、延伸率和更大的强塑积。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，包括以下步骤：配料、熔炼、热轧、酸洗、冷轧、退火、平整处理。

3、进一步地，所述配料步骤具体为：按照如下组分及其质量百分含量进行配比：fe：68～73％,cr：19～24％,ni：8～13％，其中fe、cr、ni的原料纯度≥99.9％。

4、进一步地，所述熔炼步骤具体为：将按照所述配料步骤获得的fe、cr、ni原料混合后放入感应熔炼炉中，在氩气保护下进行真空熔炼，之后将冶炼钢水浇铸成铸锭；将铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为1200±10℃，加热速率为8～12℃/s，均匀化处理时间为180～240min，均匀化处理后降温速率为2～4℃/s，降至室温，获得室温下的铸锭。

5、进一步地，所述热轧步骤具体为：将所述熔炼步骤获得的室温下的铸锭加热至热轧温度1150±30℃，加热速率为8～12℃/s，保温100～120min；利用热轧机进行多道次轧制，开轧温度为1150±10℃，每道次轧制量为3～5％，总的轧制量为30～40％，终轧温度为950±30℃，得到厚度为9～11mm的热轧板；热轧后空冷至室温，获得室温下的热轧板。

6、进一步地，所述酸洗步骤具体为：使用1：3的盐酸溶液对室温下的热轧板进行20min的酸洗处理，去除氧化层；酸洗后对热轧板的表面进行打磨除杂处理，随后使用无水乙醇进行清洗并干燥。

7、进一步地，所述冷轧步骤具体为：将经所述酸洗步骤处理后的热轧板采用冷轧机进行冷轧处理，每道次轧制量为3～5％，总的轧制量为70～80％，得到厚度为0.8～2.2mm的冷轧板。

8、进一步地，所述退火步骤具体为：将经所述冷轧步骤获得的冷轧板进行退火处理，退火温度为600～800℃，加热速率为8～12℃/s，保温10～60min，然后冷却至室温。

9、进一步地，所述平整处理步骤具体为：将经所述退火步骤处理后的板材进行平整处理，平整延伸率为0.5～1.2％；平整后获得厚度为0.6～2mm的板材。

10、进一步地，所述热轧步骤中的热轧机为双辊热轧机，所述冷轧步骤中的冷轧机为四辊冷轧机。

11、同时，本发明还提供了一种动态异构强化的相变诱发塑性合金，按照质量百分含量，包括如下组分：fe：68～73％,cr：19～24％,ni：8～13％；

12、金相组织：包含奥氏体和马氏体的双相组织，拉伸前以奥氏体为主，奥氏体的体积分数为90～100％，马氏体的体积分数为0～10％；拉伸后奥氏体的体积分数为50～60％，马氏体的体积分数为40～50％；

13、力学性能：抗拉强度为560～670mpa，延伸率为41～43％，强塑积为24～28gpa·％；

14、所述合金板材厚度为0.6～2mm。

15、本发明的有益效果在于：通过合金原料、成分配比、加工工艺和参数的协同调控，有效调整奥氏体相的层错能和晶粒尺寸，获得稳定性适中的奥氏体基体以减缓变形过程中马氏体相变的速率，优化trip和dhdi协同强化的作用方式，其具有更高的强度、延伸率和更大的强塑积，从而制备具有优异综合性能的合金。一方面，变形过程中的马氏体相变能够显著提高材料的强度，结合预变形处理能够获得一系列具有不同屈服强度的不锈钢系trip合金；另一方面，由相变形成的马氏体与奥氏体基体的力学性能差异显著，由此激发的dhdi进一步提高合金的加工硬化能力和延伸率。获得的合金屈服强度≥500mpa，延伸率≥43％，强塑积优于28gpa·％；合金的生产工艺和所用设备简单，成本低廉，为工业生产提供了新方向。

16、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

技术特征：

1.一种动态异构强化的相变诱发塑性合金，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的动态异构强化的相变诱发塑性合金的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种动态异构强化的相变诱发塑性合金。所述合金按照质量百分含量，包括如下组分：Fe：68～73％,Cr：19～24％,Ni：8～13％；金相组织：包含奥氏体和马氏体的双相组织，拉伸前以奥氏体为主，奥氏体的体积分数为90～100％，马氏体的体积分数为0～10％；拉伸后奥氏体的体积分数为50～60％，马氏体的体积分数为40～50％；力学性能：抗拉强度为560～670MPa，延伸率为41～43％，强塑积为24～28GPa·％；所述合金板材厚度为0.6～2mm。本发明所述的合金具有更高的强度、延伸率和更大的强塑积。

技术研发人员：黄照文,郭水,饶德林,陈智川,张书彦,张鹏
受保护的技术使用者：东莞材料基因高等理工研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5