[發明專利]一種2400MPa級高合金超高強度鋼

在審

• 申請號: 201510645184.1
• 申請日: 2015-10-08
• 公開（公告）號: CN105177455A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 金建軍;王曉震;倪志銘;胡春文;江志華
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C38/52
• 分類號: C22C38/52;C21D1/18;C21D6/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種2400MPa級高合金超高強度鋼。

背景技術

隨著航空工業的發展，對結構件的輕量化要求越來越高，從而對超高強度鋼提出了更高的要求，要求更高的強度、良好的塑性和韌性。目前在用的高合金超高強度鋼中，以美國Carpenter公司開發的AerMet100鋼綜合性能最好，該鋼具有2000MPa左右的抗拉強度和左右的優良斷裂韌性。在AerMet100鋼的基礎上，美國Carpenter公司又發展了強度更高的AerMet310和AerMet340鋼。AerMet340鋼的實際抗拉強度可達到2379MPa，略高于340KSi(2343MPa)，但斷裂韌性降低至AerMet系列的超高強度鋼有一個共同的缺點，就是含有較多量的貴重元素Co，Co含量在14％以上，因而價格比較昂貴。美國QuesTek公司后來發展了M54鋼，雖然在AerMet100鋼的基礎上降低了Co含量，但抗拉強度和AerMet100鋼一樣，只有2000MPa左右。

發明內容

本發明的目的是：研發一種抗拉強度≥2400MPa、屈服強度≥2100MPa，并且具有良好塑性和韌性的2400MPa級高合金超高強度鋼。

本發明的技術方案是：2400MPa級高合金超高強度鋼化學成分范圍按重量計如下：C：0.20％～0.30％，Cr：1.0％～3.0％，Ni：9.5％～10.5％，Co：7.0％～9.0％，Mo：1.3％～2.0％，Al：1.3％～2.0％，Si≤0.10％，Mn≤0.10％，Nb≤0.10％，La≤0.10％，余量為鐵。

上述高合金超高強度鋼獲得2400MPa以上抗拉強度的熱處理制度如下：

淬火：900℃～1000℃，保溫0.5h～2h，水冷、油冷或空冷；

冷處理：-50℃～-80℃，保溫1h～3h，空氣中回復至室溫；

時效：520℃～560℃，保溫3h～8h，空冷。

冷處理和時效可進行兩次。

本發明具有的優點和有益效果是：本發明以Al、Mo聯合強化，強化效果顯著；本發明的超高強度鋼其抗拉強度≥2400MPa、屈服強度≥2100MPa，比強度超過1300MPa級的高強度鈦合金，同時具有良好的塑性和韌性，Co含量不超過9％，兼具良好的經濟性，開辟了超高強度鋼在航空領域的廣闊用途。是目前強度最高的超高強度鋼。

具體實施方式

下面對本發明做進一步詳細說明。

1)化學成分范圍

本發明的高合金超高強度鋼，其成分范圍按重量計如下：C：0.20％～0.30％，Cr：1.0％～3.0％，Ni：9.5％～10.5％，Co：7.0％～9.0％，Mo：1.3％～2.0％，Al：1.3％～2.0％，Si≤0.10％，Mn≤0.10％，Nb≤0.10％，La≤0.10％，余量為鐵。

以上各化學元素的作用如下：

C：主要強化元素，產生間隙固溶強化，形成合金碳化物Mo₂C，增加二次硬化峰值，獲得高強度。隨著C含量的增加，合金的強度提高，但韌性降低，并損傷焊接性能。因此C含量應控制在0.20％～0.30％。

Cr：提高耐蝕性，并有固溶強化作用，可取代Mo₂C中的Mo形成(Mo、Cr)₂C，促進二次硬化反應，降低Mo₂C的析出溫度，提高過時效敏感性，降低抗回火能力。Cr含量超過3％，強度將下降。18Ni型馬氏體時效鋼因不含Cr，耐蝕性較差。因此Cr含量應控制在1.0％～3.0％。

Mo：主要強化元素，合金碳化物Mo₂C的形成元素，是形成二次硬化峰的原因。隨著Mo含量的提高，二次硬化峰升高，合金的強度提高，但過高的Mo含量將降低韌性。因此Mo含量應控制在1.3％～2.0％。

Ni：提高韌性元素，適量的Ni是鋼獲得高韌性的保證。但過高的Ni含量將增加鋼中殘余奧氏體的量，降低強度。因此Ni含量應控制在9.5％～10.5％。

Co：雖然Co不能和其他元素形成化合物，但其強烈促進二次硬化反應，促進Mo₂C細小彌散析出。此外，Co、Mo的共同作用可提高合金的強韌性。考慮到節約成本，Co含量控制在7％～9％。

Al：本合金的主要強化元素之一，和Ni形成NiAl相，與Mo₂C共同強化合金。隨Al含量提高，形成更多的NiAl相，合金強度增加，但韌性降低。因此Al含量應控制在1.3％～2.0％。