[发明专利]一种具有双相结构的无钴马氏体时效钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有双相结构的无钴马氏体时效钢及其制备方法，所述无钴马氏体时效钢具有马氏体和奥氏体的双相结构，所述无钴马氏体时效钢，按质量百分比计，其组成如下：Ni 16～20％，Mo 3～7％，Cr 1～3％，Ti 0.5～2％，Al 0～2％，V 0～1％，Si 0～1％，余量为Fe。其制备方法：包括如下步骤：按设计比例配取各原料，进行熔炼、浇铸成型获得合金块体，将合金块体进行均匀化处理，然后进行冷轧处理获得冷轧块体、再将冷轧块体依次进行固溶处理、时效处理即得双相结构马氏体时效钢。本发明的所提供的无钴马氏体时效钢，抗拉强度为1850～2100MPa，屈服强度为1730～2000MPa，延伸率为9～11％，是一种低成本、高强度和高韧性的马氏体时效钢。

技术领域

本发明涉及高强钢结构材料技术领域，具体涉及一种具有双相结构的无钴马氏体时效钢及其制备方法。

背景技术

马氏体时效钢作为一种先进的高强度钢，其应用主要面向航空、原子能和高端工模具等技术领域。自20世纪60年代初美国INCO公司开发第一代Fe-Ni马氏体时效钢以来，通过调整Co、Mo和Ti含量，先后开发出不同强度等级的马氏体时效钢，牌号分别为18Ni200、18Ni250，18Ni300和18Ni350，屈服强度分别达到1400、1700、1900MPa和2400MPa。其中，18Ni200和18Ni250钢被首次应用于火箭发动机壳体。

然而，由于贵金属元素如Co的添加，导致马氏体时效钢的合金制备成本高昂，极大地限制了含Co马氏体时效钢的应用范围。为了解决以上问题，人们开发出性能优异的无Co马氏体时效钢。具体方法为：去除Co元素，同时提高Ni和Ti的含量，以促进半共格纳米相如Ni₃Ti的析出。除此以外，研究人员还在无Co马氏体时效钢中加入微量的Al元素，促进Ni₃Al和B2-NiAl纳米相的析出，达到强化马氏体基体的目的。如牌号为T250的无Co马氏体时效钢，其合金成分为Fe-19Ni-3Mo-1.5Ti-0.3Cr-0.1Al-0.007C。该合金具有优异的力学性能，其极限抗拉强度为1800MPa,屈服强度为1600MPa,延伸率为～8％。

马氏体钢的应用环境比较极端，这对材料的力学性能提出更高的要求。为满足材料在特殊环境下的使用，以上所述的合金的力学性能还需要进一步优化。因此，人们开发出力学性能较高的中碳或高碳钢，如Fe-0.19C-1.01Mn-1.46Si钢和Fe-0.66C-1.42Cr-0.4Si-0.42Mn-0.07V钢等，以上碳钢的极限抗拉强度均高于2GPa。然而，苛刻的制备方法和繁琐的热处理工艺限制了其广泛应用；其次，添加高含量的碳会导致材料的焊接性降低，这将会对长期服役的结构件带来不利影响。

公开号CN 112322991 A的专利说明书公开了一种Fe-C-Si-Mn-V低合金中锰成分高强度钢，屈服强度为2GPa。但其化学成分中含有0.2％～0.4％质量百分比的C，这将会影响材料的焊接性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有优异力学性能的具有双相结构的无钴马氏体时效钢及其制备方法，本发明通过合理的成份设计，采用更加廉价的原料，获得力学性能优异的具有双相结构的无钴马氏体时效钢，本发明所提供的制备方法简单，适合于工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种具有双相结构的无钴马氏体时效钢，所述无钴马氏体时效钢具有马氏体和奥氏体的双相结构，所述无钴马氏体时效钢，按质量百分比计，其组成如下：Ni 16～20％，Mo 3～7％，Cr 1～3％，Ti 0.5～2％，Al 0～2％，V 0～1％，Si 0～1％，余量为Fe。

本发明所提供的无钴马氏体时效钢，在拉伸变形过程中，马氏体承载较高的外加应力，奥氏体协同变形提高韧性；此外，应力诱导马氏体相转变，提高了材料的拉伸强度与延伸率。