納米晶不銹鋼板材及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及納米晶及金屬材料的社制技術領域，具體涉及一種納米晶不鎊鋼板材 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 在現有高新技術中，納米晶材料的制備在國內、外盛行，其方法主要是惰性氣體蒸 發，原位加壓制備，不足之處在于；由于粉末工藝不易掌握，空洞的大小及分布很難一致，性 能不穩定，有人認為納米晶材料的彈性模量比大塊試樣減少50% W上，另有人認為納米晶 材料的彈性模量減少不超過8%，還有人認為不減少。另外，納米晶材料要變成結構材料， 需做成大的樣品，目前的方法難W做到，因此其力學性能大多數只能測量維氏硬度，很難做 標準拉伸性能實驗，使結構材料方面的應用受到限制。近年來，俄羅斯R. Z. Valiev倡導 巧.Z. Valiev, et al. Prog. Mater Sci. ,45(2000) 103-189))用深度冷加工方法制備納米晶 金屬材料，在只做了鍛造試驗后發現；其組織結構很不均勻，認為所有傳統的加工工藝都不 適宜制備納米晶材料。但實際上，深度社制方法制備納米晶不鎊鋼材料目前尚未見報道。
[0003] 不鎊鋼材料在汽車和船舶工業（例如，轎車、大客車、火車、地鐵用車、高速鐵路用 車和艦船等），環境保護行業（如水處理）建材工業，家電金屬制品領域等具有廣泛應用。 但目前制備的納米晶金屬材料雖然抗拉強度有所提高，但還存在塑性較差（延伸率小于 8% )，W及抗腐蝕能力有待提高等問題，W致于在上述領域中，許多納米晶金屬材料無法應 用。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術的上述不足之處，本發明的目的是提供一種納米晶不鎊鋼板材 及其制備方法，本發明原材料的選擇范圍廣、方法簡單、適宜產業化要求。
[0005] 為實現上述目的，本發明的技術方案是：
[0006] -種納米晶不鎊鋼板材的制備方法，該方法選擇普通工業不鎊鋼金屬材料，按如 下步驟操作；1)熱社；2)高溫退火；溫度在900~lOOCrC范圍內，時間為2~5小時；3)深 度冷社；冷社變形度為70~90%，獲得納米晶不鎊鋼板材。
[0007] 經上述方法制備的納米晶不鎊鋼板材抗拉強度為560~680MPa，延伸率為25~ 30%，遠高于現有納米晶不鎊鋼材料，能夠滿足大多數實際工程需要。
[0008] 本發明納米晶不鎊鋼的抗高溫氧化能力巧0(TC，空氣）高于普通不鎊鋼，納米晶 不鎊鋼的氧化速度為普通不鎊鋼的二分之一。其線膨脹系數為（1. 10-1. 85) X 10-5/κ，定壓 比熱為 502-591J/kg.K。
[0009] 本發明具有如下優點：
[0010] 1、材料的選擇范圍廣。由于任何不鎊鋼均可壓延加工，與現有技術特殊的材料才 能制備納米晶材料的方法相比，本發明打破了 R. Z. Valiev的用傳統工藝不能做成納米材 料的看法。
[0011] 2、方法簡單，便于操作。由于從40、50年代開始生產鋼的冷加工很多，工藝成熟， 本發明適用常規壓延方法，它不涉及其他工藝帶來的一些問題，如粉末工藝的穩定性，壓結 致密度等，所W十分方便。
[0012] 3、能做大的尺寸樣品，適宜產業化要求。采用本發明用常規熱處理、熱社和冷社生 產出的樣品尺寸可滿足用戶所需（僅與使用的社鋼機有關）。與現有技術相比，本發明產品 力學性能更優，樣品大小可做標準拉伸性能實驗。
[0013] 4、本發明制備的納米晶不鎊鋼材料與現有不鎊鋼及納米晶不鎊鋼相比，在抗拉強 度提高的同時（抗拉強度為560~680MPa)，材料塑性更為優異（延伸率為25~30 % )，能 夠滿足大多數實際工程需要。
[0014] 5、采用本發明制備的產品耐腐蝕性能更優，其抗高溫氧化能力巧00 °C，空氣）及 氧化速度均高于普通不鎊鋼及現有納米晶不鎊鋼產品。
【具體實施方式】 [001引 實施例1
[0016] 本實施例W 304不鎊鋼（Φ 20)為原材料，按如下步驟操作：
[0017] 1、熱社；將304不鎊鋼社到4毫米厚；
[0018] 2、熱處理：高溫退火，高溫至92(TC，保持2小時；
[0019] 3、冷社；將經熱處理后的4毫米厚不鎊鋼冷社到0. 8毫米，其冷社變形按長度計算 為90%，即獲得本發明納米晶不鎊鋼材料。
[0020] 本實施例可做出[0. 8 X 35mmX任意長]的納米晶不鎊鋼板材，通過X射線和透射 電鏡分析，其晶粒達到納米尺度范圍，晶粒度測試結果見表1。
[0021] 表1為實施例1晶粒度測試結果
[0022]
陽023] 其中；*扣除了樣品中殘余應力效應。
[0024] 本實施例制備的納米晶不鎊鋼板材可直接做標準拉伸試驗。只要冷加工設備的能 力足夠大，再大很多的納米晶材料均可能做成。
[0025] 經上述方法制備的納米晶不鎊鋼板材抗拉強度為eOOMPa，延伸率為30%，納米晶 不鎊鋼的抗高溫氧化能力巧0(TC，空氣）高于普通不鎊鋼，納米晶不鎊鋼的氧化速度為普 通不鎊鋼的二分之一，能夠滿足大多數實際工程需要。
[0026] 制備的納米晶不鎊鋼穩定性較好，其線膨脹系數為1. 14-1.62Χ10-5/κ(ι5〇~ 300Κ)，定壓比熱為 538-580J/kg. Κ (150 ~300Κ)。
[0027] 對比例1
[0028] 1.熱社；選擇普通工業金屬材料如普通工業工藝不鎊鋼（本實施例采用304不鎊 鋼，Φ20)，將所述不鎊鋼社到4毫米厚；
[002引 2.熱處理：高溫退火，高溫至iiocrc，保持2小時；
[0030] 3.冷社；將4毫米厚不鎊鋼材料冷社到0. 8毫米，其冷社變形按長度計算為98 %， 即獲得納米晶不鎊鋼材料。
[0031] 本發明實施例已可做出[0. 8X35mmX任意長]的納米晶不鎊鋼，通過X射線和透 射電鏡分析，本發明晶粒已達到納米尺度范圍，晶粒度測試結果見表2。
[0032] 表2為實施例1晶粒度測試結果
[0033]
[0034] 其中；*扣除了樣品中殘余應力效應。
[0035] 經上述方法制備的納米晶不鎊鋼板材抗拉強度為450MPa，延伸率為8%，遠小于 實施例1。
[0036] 本例制備的納米晶不鎊鋼的線膨脹系數為化42-2. 98) X 10-5/κ(15〇~300K)， 定壓比熱為 620-659J/kg. Κ(150 ~300Κ)。
[0037] 實施例2
[0038] 本實施例W 304不鎊鋼（Φ30)為原材料，按如下步驟操作：
[00測 1.熱社；將304不鎊鋼社到4毫米厚；
[0040] 2.熱處理：高溫退火，高溫至96(TC，保持5小時；
[0041] 3.冷社；將經熱處理后的4毫米厚不鎊鋼冷社到1. 0毫米，其冷社變形按長度計 算為85%，即獲得本發明納米晶不鎊鋼材料。
[0042] 本實施例可做出[1. 0X45mmX任意長]的納米晶不鎊鋼板材，通過X射線和透射 電鏡分析，其晶粒達到納米尺度范圍，晶粒度測試結果見表3。
[0043] 表3為實施例1晶粒度測試結果
[0044]
[0045] 其中；*扣除了樣品中殘余應力效應。
[0046] 本實施例制備的納米晶不鎊鋼板材可直接做標準拉伸試驗。只要冷加工設備的能 力足夠大，再大很多的納米晶材料均可能做成。
[0047] 經上述方法制備的納米晶不鎊鋼板材抗拉強度為650MPa，延伸率為28%，能夠滿 足大多數實際工程需要。
[0048] 納米晶不鎊鋼的抗高溫氧化能力巧0(TC，空氣）高于普通不鎊鋼，納米晶不鎊鋼 的氧化速度為普通不鎊鋼的二分之一。
[0049] 本例制備的納米晶不鎊鋼穩定性較好，其線膨脹系數為（1.22-1. 71) Χ10-5/ Κ(150 ~300Κ)，定壓比熱為 511-540J/kg. Κ(150 ~300Κ)。
【主權項】
1. 一種納米晶不銹鋼板材的制備方法，其特征在于：該方法選擇普通工業不銹鋼材 料，按如下步驟操作： 1) 熱軋； 2) 高溫退火：退火溫度900-1000°C，退火時間2-5小時； 3) 深度冷軋：冷軋變形度為70-90%，獲得納米晶不銹鋼板材。2. 按照權利要求1所述方法制備的納米晶不銹鋼板材，其特征在于：所述納米晶不銹 鋼板材抗拉強度為560-680MPa，延伸率為25-30%。3. 按照權利要求2所述的納米晶不銹鋼板材，其特征在于：所述納米晶不銹鋼在 150~300K溫度范圍內其線膨脹系數為（1. 10-1.85) Χ10-5/Κ，定壓比熱為502-591J/ kg. Κ〇
【專利摘要】本發明公開了一種納米晶不銹鋼板材及其制備方法，屬于納米晶及金屬材料的軋制技術領域。本發明選擇普通工業不銹鋼材料，按如下步驟操作：1)熱軋；2)高溫退火，溫度在900～1000℃范圍內，時間為2～5小時；3)深度冷軋，冷軋變形度為70～90％，獲得納米晶不銹鋼板材。本發明材料選擇范圍廣，方法簡單，與現有不銹鋼及納米晶不銹鋼相比，在抗拉強度提高的同時，材料塑性也大幅度提升(延伸率為25-30％)，能夠滿足大多數實際工程需要。
【IPC分類】C21D8/02
【公開號】CN105525079
【申請號】CN201410564341
【發明人】王勝剛, 龍康
【申請人】中國科學院金屬研究所
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2014年10月21日