[發(fā)明專利]一種具有高碰撞吸收能的合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711464979.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108179364B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 時(shí)捷;孫挺;李曉源;閆永明;王毛球;徐樂(lè);何肖飛;尉文超;杜玉婧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號(hào): C22C38/38
• 分類號(hào): C22C38/38;C21D8/02
• 代理公司: 北京華誼知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種具有高碰撞吸收能的合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法，屬于金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域?；瘜W(xué)成分體系如下：碳：0.06％～0.10％，錳：13.0％～15.0％，鉻：15.0％～17.0％，氮：0.35％～0.40％，磷：≤0.015％，硫：≤0.015％，其余為鐵。制備工藝包括：冶煉、鑄造和控制軋制和控制冷卻。優(yōu)點(diǎn)在于，具有高強(qiáng)韌性、高塑性、高動(dòng)態(tài)硬化率、組織穩(wěn)定、高低溫韌性、耐腐蝕的高碰撞吸收能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碰撞材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高碰撞吸收能的合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法。具有高碰撞吸收能的合金結(jié)構(gòu)鋼，高強(qiáng)韌性、高塑性、高動(dòng)態(tài)硬化率、組織穩(wěn)定、高低溫韌性、耐腐蝕等。極其適用于碰撞沖擊的服役工況，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能是傳統(tǒng)材料的1.7倍以上。

背景技術(shù)

這個(gè)世界上，碰撞無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生，有運(yùn)動(dòng)就會(huì)發(fā)生碰撞。碰撞過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，從動(dòng)能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變能、光、電、聲、熱等其他形式的能量。碰撞本身自有利弊，對(duì)于有害的碰撞必須加以防范。因此，如何減輕碰撞所帶來(lái)的嚴(yán)重后果，已成為現(xiàn)代工程技術(shù)中一個(gè)重要的力學(xué)問(wèn)題，這里包含了兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，其一是碰撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其二是高效碰撞吸能材料的研制。

結(jié)構(gòu)耐撞性研究就是研究碰撞和能量吸收的一門新興學(xué)科。所謂耐撞性是指在可能發(fā)生的碰撞事件中，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)乘客或裝載物實(shí)施保護(hù)的能力。碰撞發(fā)生后，結(jié)構(gòu)及其乘客或裝載物的損傷越小，則結(jié)構(gòu)的耐撞性就越高。在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于安全防護(hù)的需要，航天飛行器、海洋平臺(tái)、高速公路護(hù)欄、核電站及各種海陸空交通工具飛機(jī)、火車、汽車、輪船等，都必須滿足一定的耐撞性要求。最近我國(guó)開(kāi)展的“神州”號(hào)載人飛船返回著陸時(shí)人體生物力學(xué)和傷害防護(hù)方面的研究，其中的重要內(nèi)容就是改善宇航員躺椅的沖擊吸能性能。汽車被動(dòng)安全則更是世界各國(guó)高度關(guān)注的問(wèn)題，各國(guó)先后制定和實(shí)施了汽車耐撞性能相關(guān)的法律和技術(shù)法規(guī)。

因此，改善這些緩沖結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成以及功能設(shè)計(jì)，提高其吸收沖擊能量的能力，也就達(dá)到了提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)乘客或裝載物實(shí)施保護(hù)的能力，即使出現(xiàn)事故也能將所受傷害減小到最低?？傮w來(lái)說(shuō)，提高材料的碰撞吸收能，對(duì)于提高碰撞安全性具有重要的理論意義，對(duì)于保證生命財(cái)產(chǎn)安全也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高碰撞吸收能的合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法，解決了現(xiàn)有防護(hù)材料在沖擊載荷下出現(xiàn)碰撞吸能效果嚴(yán)重不足的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)合金體系的設(shè)計(jì)及其制備方法，得到一種具有高強(qiáng)韌性、高塑性、高動(dòng)態(tài)硬化率、組織穩(wěn)定、高低溫韌性、耐腐蝕的高碰撞吸收能的合金結(jié)構(gòu)鋼。材料的綜合力學(xué)性能為：材料強(qiáng)度R_m為1050MPa～1150MPa，延伸率A％≥30％，低溫沖擊韌性A_KV(-40℃)≥30J，室溫沖擊韌性A_KV≥80J，動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度可達(dá)2400MPa(10⁴s^-1應(yīng)變速率)，動(dòng)態(tài)強(qiáng)塑積可達(dá)28.8GPa·％。此材料應(yīng)用于航天飛行器、海洋平臺(tái)、高速公路護(hù)欄、核電站及各種海陸空交通工具等應(yīng)用領(lǐng)域?？赏瑫r(shí)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)碰撞吸能作用，是一種典型的工程通用性材料。

本發(fā)明的合金結(jié)構(gòu)鋼，化學(xué)成按質(zhì)量百分比為：C 0.06％～0.10％、Mn13.0％～15.0％、Cr 15.0％～17.0％、N 0.35％～0.40％、P≤0.015％、S≤0.015％、余量為Fe。

本發(fā)明的制備工藝包括：冶煉、鑄造和控制軋制和控制冷卻。通過(guò)整體成分設(shè)計(jì)使得新型具有高碰撞吸收能合金鋼的高溫全奧氏體溫度區(qū)間為800℃～1280℃。其中有害相高溫δ鐵素體區(qū)為1280℃～1420℃；通過(guò)C含量的設(shè)計(jì)使得合金鋼中M₂₃C₆類析出物的析出溫度降低到860℃，σ相析出溫度低于700℃，使得熱軋工藝窗口擴(kuò)大到860℃～1200℃，確保本材料在860℃～960℃下軋制避免M₂₃C₆和σ析出相的大量析出，使得材料可以在該溫度區(qū)間儲(chǔ)存足夠的形變量，以保證材料的整體強(qiáng)度。