[发明专利]一种高强度高韧性层状组织低碳马氏体钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高强度钢制造技术领域，特别涉及一种高强度高韧性 层状组织低碳马氏体钢及制备方法。

背景技术

高强度钢已广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、建筑等行业，为 了进一步减轻构件的重量以降低其在制造和使用过程中的能耗，开发 更高强度级别的超高强度钢以替代现有材料一直是人们追求的目标。 但随着材料强度级别的提高，材料的韧性会随着降低；为了保证构件 在承受冲击载荷时的安全性，提高超高强度钢的冲击韧性显得尤为重 要。此外，随着构件使用温度的降低，材料韧性会随之下降，对于那 些要求在低温下服役的材料，提高其低温韧性变得更加重要。在现有 的技术中，马氏体时效钢强度可以达到1500MPa以上且可以获得高的 韧性，在航空航天领域关键部件上有重要应用，但其合金元素含量高， 冶炼加工工艺要求复杂，成本较高。如AF1410和高纯度马氏体时效 钢18Ni(C200)，难以获得广泛的应用。公开的专利“高抗拉强度高 韧性低屈强比贝氏体钢及其生产方法(CN1786246A)”、“高强高韧性贝 氏体钢(1036231A)”、“一种高强度微合金低碳贝氏体钢及其生产方法 (CN100580125C)”等通过细化低碳贝氏体组织获得高韧性，但其强度 一般不超过1500MPa。公开的专利“韧性和焊接性良好的双相钢板 (CN1060814C)”、“具有低屈服比、高韧性和优异可焊性的高强度双相 钢(CN101331019A)”等通过在钢中形成铁素体/马氏体、铁素体/贝氏 体等的复相组织获得较高韧性，但这类钢的强度不足。通过分层增韧 是提高材料韧性的另一重要方法。日本学者YuujiKimura等通过将 中碳回火马氏体钢在500℃至600℃之间进行大变形轧制，获得纳米 尺寸碳化物弥散分布在伸长的超细晶铁素体基体上的组织，获得了 1770MPa的超高强度，且材料在20℃至-100℃范围内冲击试样呈分层 断裂模式，获得了高的室温和低温韧性，但该材料经温轧后力学性能 已经确定，二次热处理会破坏其力学性能，使其后续成型和加工性能 受到限制，限制了该材料的广范应用。美国斯坦福大学的O.D.Sherby 等采用超高碳钢和中碳钢复合轧制成层状材料来提高材料的韧性，冲 击试样也呈分层断裂模式，材料的韧脆转变温度降至-140℃，其冲击 功高达325J，但该材料的成型工艺复杂，实际应用也受到限制。

低碳马氏体钢由于具有高强度和良好的塑性且价格便宜成为现 代工业的一种重要结构材料，特别是对高强度的该类材料在未来将会 有广泛的应用前景。但当该类材料屈服强度超过1300MPa时其冲击功 一般不超过50J，其低温冲击功会更低，工业上一般采用向该类材料 中添加镍来提高韧性，但这将会增加材料的成本，使其应用和推广受 到影响。目前还未见在低碳马氏体中通过分层增韧来提高材料韧性的 相关报道。

发明内容

为了克服以上技术缺陷，本发明的目的在于提供了一种高强度高 韧性层状组织低碳马氏体钢及制备方法，通过合理的合金成分设计和 工艺控制获得具有层状结构的低碳马氏体型组织，通过分层增韧来提 高低碳马氏体钢的韧性，解决了超高强度低碳马氏体钢低温韧性较差 的问题，具有成本低廉、工艺简单、性能优良的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高强度高韧性层状组织低碳马氏体钢，其特征在于，制备所 得成品的组分按质量百分比(wt.％)配比为：C：0.15～0.28；Si：1.0～ 2.0；Mn：1.2～2.5；Cr：0.5～1.5；Al：0.2～1.5％；Cu：0.05～0.4； Mo：0.1～0.3；V：0.05～0.15；Nb：0.03～0.1；Ti：0.005～0.05； P：＜0.025％；S：＜0.035％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

一种高强度高韧性层状组织低碳马氏体钢的制备方法：其特征在 于，包括下述步骤：

步骤一：原料配比