[发明专利]一种低成本超高强韧马氏体钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种低成本超高强度钢及其制造方法，此钢材适合用于耐磨、防护领域，特别适用于防护装甲以及耐磨工程机械用材料。

背景技术

钢铁是国民经济的基础材料，需求量大，同时钢铁冶金又是耗费能源、污染环境比较重的行业，随着能源危机、原料危机、环境保护的日益紧迫，提高钢的强度，减少钢材的产量，实现减量化生产，已经可不容缓。同时，高速列车的发展要求更高强度的螺栓、高强度且耐磨的钢轨和轮毂等以满足列车可高速运行足够长的寿命；硬质防弹衣、运钞车、警用装甲车的发展要求强度更高且具有一定韧性的钢板作为防弹材料用于防弹衣、钢盔和装甲。所以，超高强度钢应用前景广阔。目前的2000MPa级马氏体高强度钢如4340钢(含0.4C-0.7Mn-1.8Ni-0.8Cr-0.25Mo)经200℃以下回火，虽能得到约2000MPa的高强度，但延伸率较低(＜10％)，经200℃回火时的强度低于2000Mpa，而且，合金含量高；马氏体时效钢，含很低量碳和较高合金元素，如18Ni、8Co，以马氏体内析出金属间化合物加以强化；以及二次硬化超高强度钢，系析出共格弥散碳化物为强化手段，加入较多量的Co以利碳的扩散，显著的固溶强化和延迟回火时奥氏体的回复。在保证较高韧性条件下，强度可达2000MPa。由此开发出近代的新型超高强度钢AF1410(0.16C-10Ni-2Cr-1Mo-14Co)，AF1410+Cr钢(0.16C-10Ni-3Cr-1.2Mo-14Co)和AerMet钢(0.24C-11Ni-3Cr-1.2Mo-13.4Co)经适当温度回火，抗拉强度高达2000MPa或以上，韧性接近或超过40J。这两类钢都是在马氏体强化的基础上，引入沉淀强化，其析出物很细小，有助保证较好的韧性，但由于含大量合金元素，冶炼、加工要求复杂，致成本较高，不宜广泛应用。中国期刊《兵器材料科学与工程》Vol.29No.2 Mar.，2006《2200MPa级超高强度低合金钢的组织和力学性能》一文公开了一种在4340钢的基础上，提高碳含量至0.5％(质量)左右，推出含Si为0.37％及1.75％两种钢，分别经200及270℃回火得强度分别为2205MPa和2235MPa，K1c分别为61.5MPa·ml/2和52.3MPa·ml/2。这类钢的强韧性俱佳，但问题是含碳量大于0.5％，易形成渗碳体，呈现淬火脆性(晶间断裂)以及高温回火后的回火脆性，且合金含量高。中国期刊《热处理》2007年第22卷第1期《钢热处理的新工艺》一文公开了一种价格低廉的经淬火-碳分配-低温回火(Q-P-T)新工艺处理的新型马氏体型超高强度钢。通过Q-P-T新工艺在马氏体钢中引入一定量的残余奥氏体提高马氏体钢的韧性，获得了C wt％小于0.5％抗拉强度大于2000Mpa，延伸率大于10％薄板马氏体型超高强度钢，这是国际上的最新成果，很有发展潜力。由于在奥氏体中富集碳的能力有限，使得该高强度钢进一步提高延伸率比较困难，获得高强度马氏体钢的工艺过程亦比较复杂。

CN101078088(200610046693.3)公开了一种低合金超高强度马氏体钢，其特征在于成分范围如下，质量百分比：C 0.3～0.6、Mn0.8～2.0、Si 0.1～0.4、Cr 0.8～2.0、Mo 0.1～0.4、Al 1.0～2.5、S＜0.0L、P＜0.01、Fe余量。采用淬火+低温回火后，进行稳定化时效处理的工艺。本发明低合金超高强度钢可以通过简单的热处理，使得它具有超高的强度和一定的韧塑性，因而具备较低的成本。此发明得到了2000MPa级高强韧钢，但是，需要长时间时效处理，而且铝含量高1.0～2.5％，大工业生产难度大。