一种快速促进形变诱导马氏体转变的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明公开了一种快速形变诱导马氏体转变的方法，可实现奥氏体向马氏体的快 速和近乎完全的转变，快速改善原始钢的力学性能及加工变形特性，属于金属材料加工领 域。
【背景技术】
[0002] 奥氏体不锈钢以其优异的耐蚀性和成型性成为现代工业中的重要工程材料，但奥 氏体不锈钢的强度和硬度偏低，其产品易产生划伤、磨损或发生屈服变形而引起失效，从而 降低产品质量和使用寿命。
[0003] 对于不锈钢而言，主要通过加工强化和细晶强化来实现性能提升，尤其是可发生 形变诱导马氏体转变的钢，可通过形变诱导马氏体而达到细晶，而传统塑性变形方法产生 加工强化和形变诱导相变形成细晶强化的效率太慢。快速、高效地实现加工硬化和形变诱 导马氏体细化晶粒是改善可诱发马氏体转变的一类钢性能的有效方法。本发明所提供的方 法能快速积累位错产生强化的同时，快速产生形变诱导马氏体形成，并达到细晶效果，可解 决上述问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种快速促使亚稳不锈钢发生形变诱导马氏体的方法，为 了实现本发明的目的：
[0005] 本发明提出一种快速形变诱导马氏体相变的方法，具体技术步骤如下：
[0006] 步骤I. 1)采用可发生形变诱导马氏体转变的铸坯或热乳板坯为初始材料，经 表面铣削成需要尺寸，将所述铸坯或热乳板坯进行固溶淬火或退火处理，处理温度为 950°C -1150°C，保温时间为1-8小时；
[0007] 步骤1. 2)将步骤I. 1处理的铸坯或热乳板坯后置于低温或超低温冷却介质中处 理10-180分钟备用，其中，所述冷却处理介质的温度低于_50°C ;
[0008] 步骤1. 3)将经过步骤1. 2处理后的所述铸坯或热乳板坯利用乳机进行多道次乳 制加工，其中，乳制过程中每道次变形量为2-15%，累积乳制变形量为50-85%。
[0009] 在步骤1. 1中针对铸坯或热乳板坯的淬火处理需在真空下进行，防止由于脱碳而 影响板材表面质量和后续乳制变形。
[0010] 在步骤1.1中所采用的铸坯或热乳板坯需具有形变诱导马氏体转变特征，包括亚 稳奥氏体不锈钢、Fe-Ni/Fe-Ni-C、CuAlMn合金等。
[0011] 在步骤1. 2和1. 3中，所述冷却预处理介质选择液氮或液氮-酒精混合液、液 氮-丙酮混合液或其他可实现低温冷却的任一介质中。
[0012] 在步骤1. 3中进行多道次乳制时，每道次乳制前板材均需经低温或超低温冷却预 处理介质中处理10-60分钟，得到下道次乳制变形所需冷却状态的合金钢板材。
[0013] 在步骤1. 3中进行乳制过程中，乳制小尺寸规格的铸坯或热乳板坯、即板材长向 小于0. 5-2米时尽可能将乳制及板材转移时间控制在20秒至1分钟，以免由于散热和传导 传热使板材温度迅速升高。
[0014] 在步骤1. 3中进行乳制过程中，乳制铸坯或热乳板坯长向大于2米时需对板材 进行实时冷却处理，确保未进入乳制区的铸坯或热乳板坯温度处于所用冷却介质温度的 ±10°C范围以内。
[0015] 对板材进行实时冷却处理采用在线喷洒冷却介质或设置在线冷却介质槽的方法 来实现，所用冷却介质选择液氮或液氮-酒精混合液、液氮-丙酮混合液或其他可实现低温 冷却的任一介质中。
[0016] 在步骤1. 3中经低温或超低温冷却并乳制变形后的板材在空气中逐渐升温至室 温或迅速置于18-25Γ的水中升温至室温。
[0017] 本发明所述方法主要通过超低温环境来使板材内原子扩散迀移能力明显降低，并 迅速消耗乳制变形过程中产生的形变热，从而有效抑制乳制过程中动态回复或再结晶的发 生，在显著细化初始组织的同时使位错、位错胞/墙、亚结构等变形缺陷不断积累达到较高 密度。同时，由于不锈钢受应力后能形成马氏体，这些形变诱导马氏体的形核位置大多在高 密度位错结构处形成，而超低温乳制引起的高密度位错恰好为其提供大量形核点。另外，从 热力学角度来看，马氏体转变是一个成核长大过程，其胚芽的长大条件为：在Ms点以下过 冷的程度越大，新旧两相自由能差（AF)越大，相变的驱动力相应增大，所要求的临界晶核 尺寸就越小。超低的温度使相变的驱动大大增加，从而促使马氏体的大量转变，并改善其力 学性能。
【附图说明】
[0018] 图1 304不锈钢经室温乳制不同变形量下的X射线衍射图谱
[0019] 图2 304不锈钢经超低温乳制不同变形量下的X射线衍射图谱
[0020] 图3室温和超低温下马氏体转变量和合金硬度随乳制变形量的变化
[0021] 图4室温乳制变形后的TEM组织：（a) 20%总变形量，（b) 80%总变形量。
[0022] 图5超低温乳制变形后的TEM组织：（a) 20%总变形量，（b) 80%总变形量。
[0023] 具体实施方法
[0024] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0025] 实施例1
[0026] 将商用304不锈钢热乳板铣削成10*30*100 (mm)尺寸，上下表面光洁。将板材在 IKKTC真空保温1小时，出炉后快速水淬。对淬火态304不锈钢板材进行室温冷乳变形， 道次变形量为10%，每道次间隔15-20分钟或连续冷乳，分别获得10%，20%，30%，40%， 50%，80%变形量的乳板。利用XRD衍射图谱进行物相分析，利用TEM进行微观组织形貌分 析，实例图分别为图1和图4。图1为304不锈钢经室温乳制后的X射线衍射图谱，从图中 可以看出，在乳制过程中马氏体衍射峰强度随着变形量的增加而增加，奥氏体衍射峰则出 现相反的变化规律。在10%变形量时，衍射图谱中马氏体只有BCC(IlO)衍射峰出现。随着 变形量增加其余三个峰开始逐渐显现。最总，当变形量为80 %时，衍射峰以马氏体衍射峰为 主，奥氏体只存在FCC(Ill)以及微弱的FCC(220)。通过物相分析，随着变量的增加，马氏 体转变量从〇%增加到81 %左右。图4为室温乳制后TEM组织照片，经室温乳制变形20% 后，马氏体转变量为19. 29%，其组织中的奥氏体主要以层错或变形孪晶的形式存在，如图 4 (a)，而当室温乳制变形量增加到80 %时，马氏体转变量达81 %，其组织以马氏体为主，如 图 4(b)。
[0027] 实施例2
[0028] 以商用304不锈钢热乳板为乳制原材料，对初始材料进行表面铣削，做成 10*30*100 (mm)板，保证上下表面光洁。将板材在IKKTC真空处理1小时后水淬。将热处理 后的不锈钢板材浸入液氮中冷却2小时以上，随后以10%道次变形量进行乳制。每道次间 不锈钢板材均浸入液氮冷却15-20分钟，总变形量分别获得10%，20%，30%，40%，50%， 80%。利用XRD衍射图谱进行物相分析，利用TEM进行微观组织分析，实例图分别为图2、图 5(a)和图5(b)。对比实施例1的XRD衍射图谱，实施例2中经10%乳制变形便可使马氏 体四个衍射峰全部出现（图2)，而实施例1则需要达到30%乳制变形量才能全部显现（图 1)。当实施例1乳制变形量为40%时，奥氏体的四个衍射峰还能明显存在，而当乳制变形量 达到50%时就只剩下明显存