[發(fā)明專利]一種納米級(jí)金屬間化合物析出強(qiáng)化的馬氏體時(shí)效鋼及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711312350.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN108103400A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類號(hào): C22C38/02
• 分類號(hào): C22C38/02;C22C38/04;C22C38/12;C22C38/06;C22C38/08;C22C38/14;C22C38/16;C21D8/02;C21D1/18
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 李慶

本發(fā)明涉及一種納米級(jí)金屬間化合物析出強(qiáng)化的馬氏體時(shí)效鋼及其制備方法。本發(fā)明提供的馬氏體時(shí)效鋼中，按重量百分比所述馬氏體時(shí)效鋼的化學(xué)成分為0.05?0.20％C，0.10?1.5％Si，Mn≤8％，Mo≤5％，2.5?5％Al，5?16％Ni，V+Nb+Ti≤0.5％，Cu≤1.0％，B≤0.1％，余量為Fe和微量不可避免的雜質(zhì)。其制備方法包括步驟：(1)熔煉成鑄態(tài)坯料、(2)奧氏體再結(jié)晶區(qū)大變形軋制、(3)固溶處理、(4)時(shí)效處理。本發(fā)明提供的方法可以可以顯著提高馬氏體時(shí)效鋼的強(qiáng)度與塑性；使用價(jià)廉質(zhì)輕的Mn、Al等合金元素代替?zhèn)鹘y(tǒng)馬氏體時(shí)效鋼中昂貴的Co、Ti等，并可添加傳統(tǒng)馬氏體時(shí)效鋼所避免的C元素，制備工藝簡(jiǎn)化，材料成本大幅度降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種納米級(jí)金屬間化合物析出強(qiáng)化的馬氏體時(shí)效鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

鋼鐵材料作為一種最常用的金屬材料，被廣泛應(yīng)用于建筑等基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)械制造業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，是工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中最廣泛使用的結(jié)構(gòu)材料，在人類的生產(chǎn)和生活中具有非常重要的作用。目前所生產(chǎn)的大多數(shù)鋼鐵材料，多未能充分地利用材料的力學(xué)性能，強(qiáng)度級(jí)別普遍不高，其強(qiáng)度只有理論強(qiáng)度的1/6-1/7，存在著巨大的提升空間。如果在實(shí)際的鋼鐵生產(chǎn)過程中，在保持或者稍微損失塑性(韌性)的前提條件下，將鋼的強(qiáng)度提高一倍乃至更多以致獲得具有更高強(qiáng)塑積的鋼，使鋼件輕量化，則可大大地降低鋼材的使用量，從而可以節(jié)省大量的能源和資源。就鋼鐵材料而言，大部分情況下第二相粒子尺寸均大于其臨界轉(zhuǎn)換尺寸，其強(qiáng)化機(jī)制主要為Orowan機(jī)制，這時(shí)細(xì)化第二相粒子尺寸對(duì)強(qiáng)度提高的作用十分顯著，尺寸細(xì)化一個(gè)數(shù)量級(jí)的作用相當(dāng)于提高體積分?jǐn)?shù)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的作用，因此，第二相強(qiáng)化將是未來鋼鐵材料強(qiáng)度發(fā)展最有潛力的發(fā)展方向之一。

鐵鎳基馬氏體作為一種典型的超高強(qiáng)韌鋼，通過在超低碳的位錯(cuò)馬氏體基體上析出大量的納米級(jí)金屬間化合物(Ni3Mo、Ni3Ti、Fe2Mo)可實(shí)現(xiàn)超過2GPa的超高強(qiáng)度，具有極佳的綜合服役性能。但是，這種材料需要超高量的合金元素，如高達(dá)5-12％的Co和Mo來促進(jìn)主強(qiáng)化相Ni3Mo的析出，而Ti通過形成富Ti金屬間化合物提供額外的強(qiáng)化效果。這些昂貴合金元素尤其是Co的使用極大的提高了成本，限制了其廣泛應(yīng)用。為此，材料學(xué)家們發(fā)展了無Co或低Co的馬氏體時(shí)效鋼，這其中Ni3Ti作為一種替代的析出強(qiáng)化相，通過增加合金元素Mo、Ti含量促進(jìn)其析出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。但是Ti、Mo含量的增加不可避免地產(chǎn)生有害析出物，嚴(yán)重降低材料的韌塑性。昂貴的合金元素、異常嚴(yán)格的加工制備要求，都嚴(yán)重限制該類超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用，成為困擾高端鋼鐵工業(yè)發(fā)展的難題。

因此，現(xiàn)行的馬氏體時(shí)效鋼不管是否含Co，其強(qiáng)化機(jī)制始終是基于大量半共格粒子產(chǎn)生的大共格畸變和位錯(cuò)的交互作用。析出相和基體之間這種大的機(jī)械性能差異雖能提供極高強(qiáng)度，但是也促使材料在加載時(shí)容易過早的形成裂紋或者局部應(yīng)變，這極大地限制了材料的韌塑性，同時(shí)影響材料服役的安全性和可靠性。另外，強(qiáng)化相和基體晶體結(jié)構(gòu)上的較大差異必然導(dǎo)致析出過程的較高形核勢(shì)壘。所以，傳統(tǒng)方法通過增加成分上的過飽和度來促進(jìn)更多的半共格粒子析出的方法(尤其是在一種高缺陷密度的基體上)，已經(jīng)達(dá)到了，并成為超高強(qiáng)度合金進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容