[發(fā)明專(zhuān)利]一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011186695.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112375990B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李云杰;袁國(guó);康健;陳冬;王曉暉;李振壘;王國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C38/04
• 分類(lèi)號(hào): C22C38/04;C22C38/02;C22C38/12;C21D8/00
• 代理公司: 北京中強(qiáng)智尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發(fā)明公開(kāi)了一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼及其制備方法，其中，超高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.2％?0.4％，Mn：6％?9％，Si：1％?2％，V：0.1％?0.3％，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明提供的超高強(qiáng)度鋼通過(guò)采用低成本Fe?C?Si?Mn?V低合金中錳成分，相較于馬氏體時(shí)效鋼、納米貝氏體鋼等，沒(méi)有添加昂貴合金元素Co、Ni等，同時(shí)碳含量較低，材料的原料成本低及焊接性能良好。同時(shí)，本發(fā)明提供的超高強(qiáng)度鋼具有極其優(yōu)異的零件性能，即屈服強(qiáng)度2000MPa，抗拉強(qiáng)度2200MPa，延伸率大于10％，可用于對(duì)屈服強(qiáng)度要求極高的特殊工程領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

在航天、汽車(chē)以及工程機(jī)械等領(lǐng)域，其復(fù)雜的服役環(huán)境對(duì)材料提出了越來(lái)越高的要求，致使科研學(xué)者們不斷探索材料的極限性能。超高強(qiáng)度鋼因優(yōu)異的力學(xué)性能和低廉的成本，在各工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但目前也面臨發(fā)展瓶頸。2000MPa級(jí)以上的超高強(qiáng)度鋼面臨合金成本高、制備工藝復(fù)雜以及塑性差(10％)等問(wèn)題。現(xiàn)有2000MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼主要包括熱沖壓成型鋼、納米貝氏體鋼、高碳低合金鋼以及中錳鋼等，這些材料一般都需要通過(guò)高合金設(shè)計(jì)或者復(fù)雜工藝來(lái)獲得不錯(cuò)的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到2000MPa，部分材料的塑性可超過(guò)10％。但是以上材料的屈服強(qiáng)度普遍較低，難以超過(guò)2000MPa，無(wú)法滿足一些極其特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，如工程機(jī)械鋼對(duì)屈服強(qiáng)度要求較高。2017年，“High dislocationdensity–induced large ductility in deformed and partitioned steels”文獻(xiàn)獲得了2000MPa以上屈服強(qiáng)度和10％以上塑性的超高強(qiáng)度中錳鋼，但是其制備流程極其復(fù)雜，包括熱軋、溫軋、退火、冷軋及回火五道工序，工藝穩(wěn)定性難以保證。因而，目前尚無(wú)低成本易制備的2000MPa屈服強(qiáng)度以上及塑性超過(guò)10％的超高強(qiáng)度鋼相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼及其制備方法。

本發(fā)明一方面提供了一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.2％-0.4％，Mn：6％-9％，Si：1％-2％，V：0.1％-0.3％，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，其中，所述超高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度大于2000MPa，抗拉強(qiáng)度大于2200MPa，斷后延伸率10％。

進(jìn)一步的，所述超高強(qiáng)度鋼的組織包括馬氏體和殘余奧氏體，其中，所述殘余奧氏體占所述超高強(qiáng)度鋼的體積的5％-15％，所述超高強(qiáng)度鋼的組織微觀結(jié)構(gòu)為層狀復(fù)相組織結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述超高強(qiáng)度鋼中的奧氏體呈桿狀。

與現(xiàn)有2000MPa級(jí)鋼相比，本發(fā)明的一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼具有的顯著優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

1、在成分設(shè)計(jì)上，采用低成本Fe-C-Si-Mn-V低合金中錳成分，相較于馬氏體時(shí)效鋼、納米貝氏體鋼等，沒(méi)有添加昂貴合金元素Co、Ni等，同時(shí)碳含量較低，材料的原料成本低及焊接性能良好。

2、本發(fā)明提供的超高強(qiáng)度鋼具有極其優(yōu)異的零件性能，即屈服強(qiáng)度2000MPa，抗拉強(qiáng)度2200MPa，延伸率大于10％，可用于對(duì)屈服強(qiáng)度要求極高的特殊工程領(lǐng)域。

本發(fā)明另一方面提供了一種屈服強(qiáng)度大于2000MPa的超高強(qiáng)度鋼的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將如上述所述的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉，并鑄造成鑄坯或鋼錠；

(2)將所述鑄坯或鋼錠加熱至完全奧氏體化溫度，保溫2-3h后，對(duì)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的所述鑄坯或鋼錠進(jìn)行多道次鍛造，獲得具有圓形或方形截面的試樣；

(3)將步驟(2)中的所述試樣在空氣中冷卻至室溫，獲得包含體積分?jǐn)?shù)為25％-45％奧氏體的試樣；