梯度纳米结构不锈钢棒材及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种梯度纳米结构不锈钢棒材及制备方法，属于金属加工领域

【技术实现步骤摘要】
梯度纳米结构不锈钢棒材及制备方法


[0001]本专利技术属于金属加工领域，涉及一种梯度纳米结构不锈钢棒材及制备方法
。

技术介绍

[0002]不锈钢的生产工艺中，通常会先生产出不锈钢黑棒，该不锈钢黑棒由不锈钢钢锭经过数道次的热轧或锻造形成
。
不锈钢黑棒也是市场上运用较为广泛的一种基础材料，常见的不锈钢材料可以在黑棒的基础上进行加工
。
不锈钢光圆，即冷拉光圆，就是将不锈钢黑棒通过冷轧工艺后再进行冷拉，最后再经过酸洗和表面抛光工艺形成表面光亮的圆棒，不锈钢冷拉光圆广泛应用在五金厨具
、
石油
、
电子
、
化工
、
建筑
、
核电
、
航空等领域
。
但是不锈钢棒材的机械性能通常较低，在加工成光圆的过程中，由于塑性变形，导致不锈钢棒材的强度增大，但同时韧性严重降低
。
[0003]随着航天
、
船舶
、
汽车等工业的发展，对于高强
、
高韧材料的需求迫切
。
从微观结构方面考虑，细化晶粒是实现金属材料强度和韧性同步提升的最有效方法，但是一般的细化晶粒的方法通常会造成塑性和韧性的损失
。
与传统均质材料不同，梯度纳米结构的引入可以实现力学性能的综合优化，通过调整组分间的异质性
(
如晶粒度
、
组织结构
、
晶体取向和成分/>)
，可以构建出多样化的异质结构，从而通过塑性变形过程中，异质组元相互约束以及塑性变形不协调引发的几何必须位错累计和背应力强化，从而在产生高强度的同时具有较高的塑韧性，解决传统均质材料无法实现的目的
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种梯度纳米结构不锈钢棒材及制备方法，通过塑性变形产生梯度纳米结构的手段，提高材料抗拉强度，保持材料塑性
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种梯度纳米结构不锈钢棒材，沿棒材径向呈由内向外粒径逐渐变细的梯度结构，所述棒材的外层为纳米晶；所述纳米晶由弥散析出物在塑性变形过程中对晶粒的细化产生
。
[0007]可选的，所述梯度结构的层厚为
10
μ
m
‑
1500
μ
m
，所述纳米晶的粒径为
10nm
‑
150nm。
[0008]可选的，其成分按重量组分计包括：
0.002
％
≤C≤0.008
％，
0.15
％
≤Si≤0.45
％，
1.0
％
≤Mn≤2.0
％，
0.02≤P≤0.03
％，
22
％
≤Cr≤24
％，
0.7
％
≤Ti≤1.0
％，
0.005
％
≤Sc≤0.3
％，余量为
Fe。
[0009]一种梯度纳米结构不锈钢棒材的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1
制备定尺棒材，所述棒材成分按照以下化学成分及质量分数配料：
0.7
％
≤Ti≤1.0
％，
0.005
％
≤Sc≤0.3
％，余量为铁
、
其他合金成分
、
及不可避免的杂质；
[0011]在制备过程中，根据上述成分熔炼并充分保温，确保合金元素扩散均匀，然后制备出规定尺寸的棒材
。
[0012]S2
冷拔及包埋处理，将
S1
中制备的棒材进行冷拔处理，冷拔后对其进行表面打磨，
而后置于渗铝粉末中进行包埋渗铝；
[0013]S2
循环进行，次数至少为2次；
[0014]S3
对
S2
循环后得到的棒材进行热扩散；
[0015]S4
自由端扭转处理，将
S3
得到的棒材进行扭转，等待棒材回弹；
[0016]S5
时效处理
。
[0017]可选的，
S1
中棒材的其他合金成分按重量组分及包括：
0.02
％
≤C≤0.08
％，
0.15
％
≤Si≤0.45
％，
1.0
％
≤Mn≤2.0
％，
0.02≤P≤0.03
％，
22
％
≤Cr≤24
％
。
[0018]可选的，步骤
S1
中的
Ti
，
Sc
原料为粒状或块状
。
[0019]可选的，步骤
S2
中，冷拔处理单一道次的变形量为
10
％
‑
30
％
。
[0020]可选的，步骤
S2
中，渗铝温度为
600℃
‑
850℃
，每次的渗铝时间为
0.5h
‑
24h。
[0021]可选的，步骤
S2
中，渗铝剂按重量组分计包括：铝粉，2‑
35
％；铁粉，5‑
10
％；氯化铵；1％
‑4％；余量为氧化铝
。
[0022]可选的，步骤
S2
中，步骤
S2
的循环次数不超过
10
次
。
[0023]可选的，步骤
S2
循环后，棒材的渗铝厚度为
50
‑
600
μ
m。
[0024]可选的，步骤
S3
中，热处理温度为
200℃
‑
350℃
，保温5‑
72h。
[0025]可选的，步骤
S3
中的热处理温度低于
Al
与不锈钢中其他组元形成中间相的温度
。
[0026]可选的，步骤
S4
中，扭转角度为
30
°‑
360
°
。
[0027]可选的，步骤
S4
中，对棒材进行夹持，并在棒材的其中一段施加扭转力对其进行扭转
。
[0028]可选的，步骤
S4
中，还包括深冷处理，在棒材经自由端扭转处理后，未充分回弹前，进行深冷处理，将棒材浸入液氮，充分冷却后，将棒材取出，在室温下充分放置
。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种梯度纳米结构不锈钢棒材，其特征在于：沿棒材径向呈由内向外粒径逐渐变细的梯度结构，所述棒材的外层为纳米晶；所述纳米晶的产生原因是弥散析出物在塑性变形过程中对晶粒的细化
。2.
根据权利要求1所述的梯度纳米结构不锈钢棒材，其特征在于：所述梯度结构的层厚为
10
μ
m
‑
1500
μ
m
，所述纳米晶的粒径为
10nm
‑
150nm。3.
根据权利要求1所述的梯度纳米结构不锈钢棒材，其特征在于，其成分按重量组分计包括：
0.002
％
≤C≤0.008
％，
0.15
％
≤Si≤0.45
％，
1.0
％
≤Mn≤2.0
％，
0.02≤P≤0.03
％，
22
％
≤Cr≤24
％，
0.7
％
≤Ti≤1.0
％，
0.005
％
≤Sc≤0.3
％，余量为
Fe。4.
一种梯度纳米结构不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
制备定尺棒材，所述棒材成分按照以下化学成分及质量分数配料：
0.7
％
≤Ti≤1.0
％，
0.005
％
≤Sc≤0.3
％，余量为铁
、
其他合金成分
、
及不可避免的杂质；
S2
冷拔及包埋处理，将
S1
中制备的棒材进行冷拔处理，冷拔后对其进行表面打磨，而后置于渗铝粉末中进行包埋渗铝；
S2
循环进行，次数至少为2次；
S3
对
S2
循环后得到的棒材进行热扩散；
S4
自由端扭转处理，将
S3
得到的棒材进行扭转，等待棒材回弹；
S5
时效处理
。5.
根据权利要求4所述的梯度纳米结构不锈钢棒材的制备方法，其特征在于：
S1
中棒材的其他合金成分按重量组分及包括：
0.02
％
≤C≤0.08
％，
0.15
％
≤Si≤0.45
％，
1.0
％
≤Mn≤2.0
％，
0.02≤P≤0.03
％，
22
％
≤Cr≤24
％
。6.
根据权利要求4所述的梯度纳米结构不锈钢棒材的制备方法，其特征在于：步骤
S1
中的
Ti
，
Sc
原料为粒状或块状
。7.
根据权利要求4所述的梯度纳米结构不锈钢棒材的制备方法，其特征在于：步骤
S2
中，冷拔处理单一道次的变形量为
10
％
‑
30
％
。8.
根据权利要求4所述的梯度纳米结构不锈钢棒材的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芝民，朱科，冯科，万祥睿，刘志威，于智成，邓敖，徐诗鑫，
申请(专利权)人：中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：