一种加工软化低碳钢的制备方法与流程

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[scienceandengineeringa,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[scriptamaterialia,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[philosophicalmagazineletters,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变软化，经x-ray、tem分析，确定这种应变软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[philosophicalmagazine,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[materialsanddesign,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[materialsletters,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。

技术实现要素：

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：c0.13％、si0.08％、mn0.13％、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115钢淬火-80％变形-400℃回火的力学性能

实施例2

选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：c0.13％、si0.08％、mn0.13％、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215钢淬火-80％变形-200℃回火的力学性能

实施例3

选用15号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：c0.13％、si0.08％、mn0.13％、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515钢淬火-80％变形-300℃回火的力学性能

实施例4

选用20号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：c0.21％、si0.07％、mn0.18％、p0.02％、s0.006％、cr0.41％、mo0.33％、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420钢淬火-75％变形-300℃回火的力学性能

实施例5

选用20号低碳钢，其化学成分的重量百分比为：c0.21％、si0.07％、mn0.18％、p0.02％、s0.006％、cr0.41％、mo0.33％、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520钢淬火-75％变形-400℃回火的力学性能