[发明专利]一种微纳米晶马氏体时效不锈钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微纳米晶马氏体时效不锈钢及其制备方法。该马氏体时效不锈钢的化学成分如下(重量％)：Cr:11.5～13.0；W:1.0～4.0；Ce:0.01～0.03；Mo:1.0～3.5；Co:2.0～4.0；Ni:5.0～8.0；Cu:2.0～4.0；Ti:1.0～1.8；C＜0.01；N＜0.01；O＜0.01；P＜0.01；S＜0.01；余量为Fe。该马氏体时效不锈钢的制备方法如下：在1000℃以上保温一段时间后，快速冷却至室温以获得微纳米板条前驱体；对微纳米板条前驱体在温度为650～770℃，应变速率为0.1～2s^‑1的范围内进行热变形，总应变量大于等于70％，使微纳米板条前驱体转变为微纳米晶结构；对微纳米晶结构进行液氮深冷处理，并在470～500℃时效4h。本发明所制备的微纳米晶马氏体时效不锈钢具有较高的强度与良好的塑性，可广泛应用于航空航天、生物医疗、石油化工、汽车工业和海洋工程等诸多重要领域。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体为一种微纳米晶马氏体时效不锈钢及其制备方法。

背景技术

马氏体时效不锈钢是以无碳或超低碳柔软的Fe-Cr-Ni马氏体为基体，利用马氏体相变强化、固溶强化以及析出相强化的协同作用获得的不锈钢。它克服了传统奥氏体/铁素体不锈钢因晶界上碳化物析出导致的“晶间腐蚀”现象，使得材料的耐蚀性能得以大幅提升。同时，由于材料内高密度的位错具有一定的可动性，马氏体时效不锈钢不仅强度高，它还具有良好的塑韧性。自上世纪四十年代首款马氏体时效不锈钢问世以来，人们相继开发了PH17-4，PH13-8Mo和Custom465等马氏体时效不锈钢，它们被广泛应用于航空航天、生物医疗、石油化工、汽车工业和海洋工程等重要领域。

随着近年来经济技术的飞速发展，需要研发具有更高性能的新型马氏体时效不锈钢。与传统粗晶钢铁材料相比，微纳米晶钢铁材料具有更高的强度与塑性、较大的疲劳强度、高温超塑性等优异的综合力学性能，同时它还具有良好的耐磨性、极佳的生物相容性以及诸多独特的物理化学性能，这些在实际应用中极具吸引力，制备微纳米晶马氏体时效不锈钢为传统马氏体时效不锈钢的性能优化开辟了一个新途径。

目前，块体微纳米晶金属材料的制备主要是通过大塑性变形(SPD)法来实现的。常见的大塑性变形法包括等通道转角挤压(ECAP)、累积复合轧制(ARB)、多向锻造(MF)和高压扭转(HPT)等，这些方法均需要依靠大功率设备及昂贵的模具，所制备材料的尺寸也较小，无法满足规模化工业生产的需要。为此，本发明提供了一种新型微纳米晶马氏体时效不锈钢及其制备方法，通过常规热轧制变形即可实现微纳米晶马氏体时效不锈钢的制备，为马氏体时效不锈钢的发展带来新的基础与机遇。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米晶马氏体时效不锈钢，为实现上述目标，本发明的技术方案是：

一种微纳米晶马氏体时效不锈钢，按重量百分比计，该马氏体时效不锈钢的化学成分如下：Cr:11.5～13.0；W:1.0～4.0；Ce:0.01～0.03；Mo:1.0～3.5；Co:2.0～4.0；Ni:5.0～8.0；Cu:2.0～4.0；Ti:1.0～1.8；C＜0.01；N＜0.01；O＜0.01；P＜0.01；S＜0.01；余量为Fe。部分元素优选范围是：Cr：12.1～12.7；W：2.2～3.3；Mo：2.0～2.9；Co：2.8～3.5；Ni：6.0～7.2；Cu：2.8～3.5。

本发明所述的微纳米晶马氏体时效不锈钢的制备方法为：采用真空感应炉和真空自耗炉熔炼，获得原材料铸锭，铸锭修磨后经过1200℃以上开坯锻造、精锻加工成坯。

对精锻加工所得坯料在1000℃以上保温一段时间后，快速冷却至室温，获得微纳米板条前驱体；对所得微纳米板条前驱体进行热变形，获得微纳米晶组织；对微纳米晶组织进行液氮深冷，随后进行时效处理，最终获得微纳米晶马氏体时效不锈钢。

作为优选的技术方案：