[发明专利]一种高强韧性耐高温又耐低温的特殊金钢及制造工艺

说明书

本发明公开了一种高强韧性耐高温又耐低温特殊合金钢及制造工艺，主要用于制造飞机的齿轮轴、涡轮轴、压气机叶片；大型船舶曲轴、舵机尾轴；汽轮发电机转子、叶轮或叶片；高铁车轴、钢铁行业的热轧辊、高速重载中的轴件和齿轮及海洋石化设备中所需的高强韧、耐蚀、耐低温等高端装备。本发明钢在≥650℃高温回火后的主要性能：Бs≥1250N/mm²，Бb≥1390N/mm²，αku≥150J/cm²；在‑60℃时：αku≥120J/cm²；它较美国应用广泛的(4340)钢之屈服强度、韧性、分别提高了33.2％，34.7％；较汽轮机动叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN之Бs提高了39.36％，αku提升了54.7％；较飞机压汽机钛合金叶片(TC11)之Бs提高了25.6％，冲击韧性提升了400％且最终回火或时效强化温度提升了120℃以上。若出口一万吨可创汇2.28亿美元。

技术领域

本发明属金属材料特殊合金钢领域。具体涉及一种高强韧性耐高温又耐低温特殊合金钢及制造工艺，主要用于制造设备工温在：630℃和-60℃之间，在强烈的动态重载下要求其强度高、韧性好、耐热又耐低温、无断裂、寿命长的高速或重载火车轴、飞机压气机叶片、坦克的齿轮轴、大型舰船的曲轴、发电机转子轴、叶片及海洋石化工程和冶金行业中热轧辊、盾构环形复合刀圈等高端装备。

技术背景

在世界的现有技术领域中，因行业和应用工况的不同，故金属材料品种、牌号、标准多达成册，但其每一钢种之性能数据在本发明钢面前却显得原始、落后；所以本发明已具有诸多行业全面的领先性和摧枯拉朽的取代性。现将011-16A特钢所及现有技术普遍存在严重的不适应性，列述如下：

1、011-16A所及现有技术在高铁行业装备上的不适应性：

火车的提速对车轮钢、高速轴承、车轴钢等提出了更高的技术性能要求。在国外绝大多数国家面积不大，其气温温差变化也不大，对材料使用只是要求某1-2项性能数据在设定范围；而中国疆域辽阔，冬季南北气温相差很大，如冬季南方为15℃而北方黑龙江却是近-60℃；当车速为400KM/h，列车(12节车厢)满载总重约(300-350)吨，则Ф800mm的104件车轮，52件Ф180mm之车轴及相配轴承(104)件，必须同步以(44.21圈/秒)进行超高速旋转；车轴两端与轴承穿联处的内部必然产生强烈的环动摩擦热，其长期工温在500℃-600℃，瞬时工温甚至更高；其外部是强烈的吹移式气流散热；严冬时车轴大部份之裸露部位必须需承受凛烈寒风中零下(20-60)℃冷冻脆化的考验；火车在启动或停车中，必然会对车轴会产生强烈的冲击，特别是在正常行驶中的紧急刹车，其冲击会更大。鉴于上述，则高速火车轴或类同使用工况下的其它轴、齿轮等零部件若调质按GB/T3077-1999执行：在500℃-630℃进行回火，则车轴在实际使用中必然失去调质时所具有的力学能性、根本承受不了-60℃的冷冻脆化作用，其结果无疑是车轴裂损经常发生或因轴承高温下烧损致使轴颈熔结，甚至造成断轴脱轨的重大事故。

对现有国内外高铁车轴钢种中的42CrMo、35CrMoV、40CrNiMoA、30CrNi 3它们虽具有较高的屈服强度【Бs＝(785-930)N/mm²】，但常温下其冲击韧严重不足【αku＝(78-98)J/cm²】，耐低温韧性和高温下的耐热性(即热强度)指标在现有标准中无法找到。

近来有人提出采用40CrNi2Mo(亦称4340钢)制造高速火车轴。4340钢是美国的一种具有良好淬透性、热处理性和加工性的钢种；其历史工艺、性能，主要有两种：

(1)850℃淬火采用油冷，于200℃回火，作超强钢，其主要性能数据：Бs＝(1580-1640)N/mm²，Бb＝(1920-2060)N/mm²，αku＝(55-75)J/cm²。