[發明專利]一種超高強度耐蝕結構鋼

有效

• 申請號: 200710099334.9
• 申請日: 2007-05-17
• 公開（公告）號: CN101050508A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 楊卓越;陳嘉硯;蘇杰;丁雅莉
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所
• 代理人: 金向榮

技術領域

本發明屬于合金鋼領域，特別涉及一種超高強度耐蝕結構鋼，其強度達到1800-1900Mpa，同時具有較高的韌性和耐蝕性。

背景技術

在現有技術中，隨著科學技術發展和人類文明進步，開發具有超高強度的耐蝕性金屬材料已成為必然的趨勢和科技追求的目標。因為腐蝕不僅損失了材料、破壞構件表面，并使材料性能退化。根據2006年報導美國因材料腐蝕造成的直接損失為2790億美元/年，相當于全國GDP的3.2％，如果考慮鍍鎘等表面處理成本、對環境的破壞等，材料腐蝕造成損失則更為驚人。

眾所周知，強度超過1600MPa的鋼主要采用低合金超高強度鋼300M和18Ni的馬氏體時效鋼等鋼種，這些鋼雖然具有超高的強度、韌性也很好，但不含Cr元素，抗蝕性較差，以18Ni(300)的馬氏體時效鋼為例，斷裂韌性在70-80MPa.m^1/2之間，但在3.5％鹽水中下降到30MPa.m^1/2以下，因此這些鋼作為結構材料在耐腐蝕環境中的使用越來越受到限制。而傳統的沉淀硬化不銹鋼如13-8Mo和17-4PH等雖然具有良好的耐蝕性，但強度偏低，最近美國研制的Ti強化Custom465馬氏體時效不銹鋼，抗蝕性很好，但強度不夠高，低于18Ni(250)的馬氏體時效鋼，作為結構材料使用不夠理想。其中表1為上述現有幾種鋼種的化學成分表。

表1?上述現有幾種鋼種的化學成分表

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本低、具有高斷裂韌性的超高強度耐蝕結構鋼。

根據上述目的，本發明整體的技術方案為：從目前18Ni(300)馬氏體時效鋼和馬氏體時效不銹鋼現狀考慮(表1中列有18Ni(300)和Custom?465化學成份表)，通過控制Fe、Cr、Ni的成份配比，形成Fe-Ni-Cr系合金，并降低Mo、提高Ti，力求使強度高于馬氏體時效不銹鋼、抗拉強度接近18Ni(300)馬氏體時效鋼的水平，同時含有較高的Cr，抗蝕性遠高于18Ni(300)馬氏體時效鋼。而從提高韌性的角度，通常馬氏體時效不銹鋼的Ni含量不超過11.25％，本發明將Ni含量最多提高到14.5％，有利于鋼在保持高強度的同時，又具有良好的韌性。該發明鋼不含昂貴金屬元素Co，同時Ni和Mo含量也較低，因此原材料成本較低，應用前景廣闊。

根據上述目的和技術方案，本發明具體的技術方案為：該鋼化學組成成分為(質量％)：C≤0.02％，Si≤0.15％，Mn≤.15％，S≤0.01％，P≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Ni11.5-14.5％，Mo0.5-2.5％，Ti1.0-2.0％，Al0.02-0.5％，余為Fe。

上述化學成分設計依據如下：

C視為雜質元素進行控制，因為C與Ti容易形成脆性夾雜物(Ti(C，))，損害鋼的韌性，因此需將C控制在0.02％以內。

Ni是本發明鋼重要合金元素之一，Ni既是強化析出相Ni₃Ti和Ni₃(Mo，Ti)的元素，又能增強馬氏體基體交叉滑移能力、降低冷脆轉變溫度，但過高的Ni增加殘余奧氏體含量，導致強度降低，同時也增加原材料成本，因此在考慮析出強化相Ni化學當量，并考慮在馬氏體基體內殘存一定量的Ni，將Ni控制在11.5-14.5％之間為宜。

Cr也是本發明鋼重要的合金元素之一，Cr保證鋼具有一定的抗蝕性，同時也能提高淬透性，并控制相變溫度As、Ms等。但過高的Cr會導致形成鐵素體，使鋼的韌性下降，因此Cr宜控制在8.0-10.0％之間。

Mo、Ti是本發明鋼的主要強化元素，Mo具有凈化晶界、抑制脆化的作用，尤其是抑制熱脆化，同時Mo具有時效硬化作用，但不含Co的情況下時效硬化作用較弱，因此Mo含量比傳統的馬氏體時效鋼低；在不含Co的條件下Ti的時效強化作用仍很顯著，強化析出相主要是Ni₃Ti。此外，Mo的市場價格較高，而Ti的市場價格較低，因此低Mo含量、高Ti含量使鋼的性價比提高。但過高的Mo、Ti均損失韌性，尤其是Ti。因此綜合考慮后，Mo和Ti分別控制在：Mo?0.5-2.5％；Ti?1.0-2.0％。

Al也是本發明鋼的主要強化元素，Al使鋼的馬氏體基體有序化，即形成NiAl、Ni₂(Al，Ti)等有序相，這均有明顯的強化作用，同時Al有保護Ti的作用，但過高的Al對鋼的韌性有較大的損害，因此控制在0.02-0.5％。