[发明专利]一种具有纳米析出相的耐疲劳高强钢及其制备方法

说明书

一种具有纳米析出相的耐疲劳高强钢及其制备方法，属于金属材料加工技术领域。本发明钢种具有贝氏体、铁素体、残余奥氏体多相组织，通过合理的工艺将材料的晶粒尺寸控制在5μm以下，是一种超细晶粒钢，组织中存在大量弥散分布的纳米级球状V(C，N)、Ti(C，N)析出相，析出相的平均尺寸低于50nm。所述材料具有良好的强塑性能和优异的抗疲劳性能，其抗拉强度超过1100MPa，强塑积超过30GPa·％，疲劳极限超过850MPa，能够广泛适用于汽车结构零部件、工程机械部件、建筑结构材料等领域。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，介绍了一种耐疲劳高强钢，通过调整热处理工艺配置钢中铁素体、贝氏体及残余奥氏体组织状态获得了良好的综合力学性能，该合金钢抗拉强度达到了1100MPa以上，强塑积超过30GPa·％，疲劳极限超过850MPa，其加工制备工艺简单，并且具有广泛的用途。

背景技术

先进高强钢以其较高的强度(500～1500MPa)和良好的塑性性能(断后伸长率可达30％以上)成为当下钢铁材料研究和发展的重点，在汽车、机械、航空等领域应用广泛。材料强韧性能的提高能够在保证结构部件安全使用的情况下大幅减少材料用量，从而减少资源、能源消耗，达到节能减排和可持续发展的目的。在追求材料强韧性能的情况下，材料的疲劳可靠性也是衡量材料性能水平的重要指标，因为高强度合金构件失效中疲劳失效占50％～90％，失效原因主要为循环周期载荷作用下引起材料疲劳裂纹的产生和扩展，进而引起结构件的断裂。疲劳失效过程大致经历着四个时期，即疲劳成核期、微观裂纹增长期、宏观裂纹扩展期及最后断裂期，提高材料的疲劳极限能够有效地防止疲劳裂纹的产生。现代机械零部件对材料的高承载、轻重量、低成本、长寿命、高可靠性等都有着很高的要求，因此设计和开发具有低合金、低密度、高强度、抗疲劳的高性能材料很有必要。

中国专利申请CN200710115848.9介绍了一种疲劳极限为529MPa的高强度耐疲劳钢材的加工制备方法，该材料合金系统中添加了Nb、Ti微合金元素来改善材料的组织，合金中C含量控制在0.07～0.13％，导致该材料的抗拉强度相对较低，510～585MPa，屈服强度410～500MPa，各项性能指标均低于本发明中的微纳米组织耐疲劳高强钢。

中国专利申请CN200880019894.1介绍了一种弯曲加工性和耐疲劳强度优异的高强度钢板，材料合金系统以C、Si、Mn三种元素为主，同时添加微量Nb、Ti、Cr、Mo中的一种或多种元素，其显微组织由多边形铁素体和低温相变组织构成，材料的抗拉强度达到780MPa级别，平面弯曲疲劳试验中疲劳限度比大致为0.45以上，相比之下本发明中添加的微合金元素为V，具有更低的成本，同时本发明中材料的疲劳强度达到850MPa以上，疲劳限度比达0.77，具有更优异的抗疲劳性能。

中国专利申请CN201210496528.3介绍了一种高强度耐疲劳钢材的制作方法，制作采用射锻工艺对钢材进行表面处理，改善钢材表面组织状态，达到增强材料表面强度和耐疲劳性能的目的，这种方法在射弹丸机设备研发上需投入大量资金，同时如何保证钢板表面组织均匀以及控制板型和厚度都是制约该工艺发展的关键所在。

中国专利申请CN201310715236.9介绍了一种高强度耐疲劳钢管材料及其制备方法，材料合金系统在C、Si、Mn的基础上还添加了Cr、Mo、V、Nb、Ti，材料合金系统复杂增大了冶炼难度，穿孔轧管及其热处理工艺相对复杂，总的在炉时间超过30h，导致能源消耗上升，生产效率降低，增加了生产成本和企业负担，而本发明的制备工艺在工业生产中能够很好地实施，加工制备简单，有利于推广和发展，并取得可观的经济效益。