[发明专利]一种超高强度、高塑韧性马氏体钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超高强度、高塑韧性马氏体钢及其制备方法，以质量百分比计，该马氏体钢的化学成分包括：C：0.40％～0.65％，Cr：0.5％～1.0％，Mn：0.5％～2.5％，Si：1.5％～2.5％，Nb、V和Ti三种元素任一组合的总含量不高于0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P≤0.03％，S≤0.03％，H≤10ppm，O≤30ppm；原料经熔炼、锻造、淬火、轧制和淬回火处理后，制成具有高密度均匀分布的双态共格纳米ε碳化物强化的马氏体钢。本发明以不到马氏体时效钢十分之一的成本获得了超过马氏体时效钢力学性能的超高强度、高塑韧性马氏体钢，具有超高的抗拉强度、屈服强度、良好的塑性，且成本低、综合力学性能优异，具有较高的工程应用价值和潜在经济效益。

技术领域

本发明属于合金结构钢技术领域，具体涉及一种资源节约型超高强度、高塑韧性钢及其制备方法。

背景技术

钢铁材料是最重要的工程结构材料之一，为航空航天、海洋工程和先进装备制造等涉及国计民生和国家安全等重大关键领域提供关键材料支撑。虽然各类新材料层出不穷，但钢铁材料在性能多样化、制备加工性、矿产资源储量等方面具有极大的优势，在今天和可预见的未来，仍将是一种不可替代的关键材料之一。超高强度钢通常还要求具有良好的塑韧性、优异的抗疲劳性能、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。超高强度钢是应用范围很广的一类重要钢种，大量应用于火箭发动机壳体、飞机起落架、装甲板，紧固件，起落架，喷气发动机轴等对性能有特殊要求的领域。

中国专利(202110775891.8)公布了一种2600MPa级超高强度钢及其制备方法。该超高强度钢的化学成分按重量百分比计为：Ni：10％～18％，Co：4％～16％，Mo：3％～9％；Al：0.5％～6％，余量为铁和不可避免的杂质。根据成分配料冶炼，经锻压，固溶及冷轧热处理工艺(退火、时效)，制备得到组织均匀，高密度B2-NiAl金属间化合物为主要强化相及纳米Mo团簇共同强化的马氏体高强钢。该专利的超高强度钢，抗拉强度≥2600MPa、屈服强度≥2250MPa。然而，该合金含有大量的贵重合金元素Ni、Co和Mo，并且该钢的塑性较差。

中国专利(202011186695.9)公布了一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢及其制备方法，该合金采用低成本Fe-C-Si-Mn-V低合金中锰成分制备出马氏体和残余奥氏体的层状复相组织结构，从而获得高强度。但该钢的制备过程需要经过旋锻、回火、预变形和回火配分处理，过程相对繁复。此外，由于需要预变形处理，因此该钢难以进行工业应用上的大尺寸制备。

中国专利(202010555730.3)公布了一种B2纳米粒子共格析出强化的超高强度马氏体时效不锈钢及制备方法，合金成分的质量百分比(wt.％)为Cr：4.0～6.0，Ni：13.0～15.0，Al：3.0～4.0，Mo：1.0～2.0，W：0.3～0.7，Nb：0.2～0.4，C：0.03～0.05，B：0.004～0.008，Si≤0.20，Mn≤0.20，S≤0.01，P≤0.02，O≤0005，N≤0.02，Fe：余量，且Nb/C的原子百分数比例为1:1，Cr/(Mo+W)的原子百分数比例为8:1。该发明通过合金成分设计实现了高密度的B2相纳米粒子在马氏体基体上均匀共格析出，使得该合金具有强度高于2.0GPa的超高强度。该合金需要通过添加大量的贵重合金元素Ni、Mo来形成析出相，从而达到强化的目的。