[發(fā)明專利]納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310080019.7
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN104046891B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉錦川;焦增寶
• 申請（專利權(quán)）人: 香港城市大學(xué)
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;C22C38/16;C22C38/54;C22C38/58;C21D8/00
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司72003
• 代理人: 劉春生,于寶慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法，具體涉及一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)和國防的快速發(fā)展，超高強(qiáng)度鋼在航空航天、國防、電站及其他高科技領(lǐng)域的應(yīng)用正變得越來越重要。其中拉伸強(qiáng)度在1400～2000MPa的超高強(qiáng)度鋼是應(yīng)用范圍很廣的一類重要鋼種，特別是大量應(yīng)用于火箭發(fā)動機(jī)殼體、飛機(jī)起落架、防彈鋼板等對性能有特殊要求的領(lǐng)域，而且其使用范圍正在不斷地?cái)U(kuò)大到建筑、機(jī)械制造、車輛和其它軍用及民用裝備上。

傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼，如低溫回火馬氏體組織或下貝氏體組織強(qiáng)化低合金鋼，高溫回火合金碳化物析出物、二次硬化組織強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼，金屬間化合物析出強(qiáng)化馬氏體時(shí)效鋼等，一定程度上達(dá)到了超高強(qiáng)度的要求，但高碳、高合金及熱處理轉(zhuǎn)變要求快冷等特性使其仍存在焊接性能及塑韌性差、成本高、材料尺寸受限等問題。

隨著納米科技的發(fā)展，利用納米析出相強(qiáng)化機(jī)制已成為開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼的重要途徑，納米析出相顆粒與基體中的滑移位錯(cuò)交互作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化作用，此外還能控制基體晶粒尺寸，間接起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，從而有效提高鋼的強(qiáng)度。目前納米析出相強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼中發(fā)展比較成熟的是通過合金化形成納米碳化物MC，產(chǎn)生析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度。例如，專利CN1514887公開了一種納米碳化物沉積增強(qiáng)的超高強(qiáng)度的、耐腐蝕的結(jié)構(gòu)鋼，專利101671771B公開了一種高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼制備方法，以及霍向東等人在“CSP生產(chǎn)Ti微合金化高強(qiáng)鋼中納米碳化物”，北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011年08期中對納米碳化物強(qiáng)化進(jìn)行了研究。然而，現(xiàn)代工業(yè)對超高強(qiáng)度鋼的焊接性、韌性等綜合性能的要求日益提高，較高的碳含量導(dǎo)致焊接性能差、斷裂韌性不高，因而必須合理控制含碳量，利用新型納米析出相替代碳化物強(qiáng)化相對超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行強(qiáng)化，并在不破壞良好綜合性能的前提下，有效發(fā)揮微量碳化物的積極強(qiáng)化作用。此外，鐵素體鋼韌性良好，克服了馬氏體鋼快冷要求對材料尺寸的限制，特別是可采用連鑄連軋工藝生產(chǎn)，能夠節(jié)約能源、簡化工藝。因而與傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼采用馬氏體基體相比，在鐵素體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上利用新型納米析出相強(qiáng)化機(jī)制開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼具有極大的工藝和成本優(yōu)勢。

本發(fā)明的超高強(qiáng)度鋼選用鐵素體組織作為基體，通過添加適量的金屬間化合物形成元素，在適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囅拢阼F素體基體上析出大量納米金屬間化合物，發(fā)揮析出強(qiáng)化作用，明顯提高鋼的強(qiáng)度。另外本發(fā)明還添加了納米團(tuán)簇形成元素，碳化物形成元素和微量碳元素，形成一定量納米團(tuán)簇和少量納米碳化物，從而以納米金屬間化合物強(qiáng)化為主，結(jié)合納米團(tuán)簇和納米碳化物復(fù)合強(qiáng)化，三種納米析出相共同作用產(chǎn)生最大限度的強(qiáng)化效果，制成低碳且綜合性能優(yōu)異的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其中以大量分布均勻、尺寸細(xì)小的納米金屬間化合物強(qiáng)化為主，同時(shí)結(jié)合納米團(tuán)簇和納米碳化物實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化，制成具有超高強(qiáng)韌性、優(yōu)良焊接性能和耐腐蝕性能的新型超高強(qiáng)度鐵素體鋼。

本發(fā)明的另一目的是提供一種制造上述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法。

一方面，本發(fā)明提供一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組分如下：C為0～0.2%，Ni為2～15%，Mn為0～10%，Al為0.5～6%，Cu為0～4%，Cr為0～12%，Mo為0～3%，W為0～3%，V為0～0.5%，Ti為0～0.5%，Nb為0～0.5%，Si為0～1%，B為0.0005～0.05%，P不高于0.04%，S不高于0.04%，N不高于0.04%，O不高于0.05%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述納米金屬間化合物為NiAl。

在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述納米金屬間化合物的平均尺寸為3nm，平均間距為2～20nm，每立方微米納米金屬間化合物數(shù)不少于10,000個(gè)。

在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中還包含納米團(tuán)簇，所述納米團(tuán)簇的主要組成元素為Cu。

在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中還包含納米碳化物(Mo,W)₂C。

在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的基體組織為鐵素體，所述鐵素體的平均晶粒尺寸為1～20μm。