[發明專利]一種高延性超高強韌鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110397526.8
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113249645B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 陳曉華;楊明;王自東;朱進;陳凱旋;王艷林
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/50;B21C37/02;C21D8/02;C22C33/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種高延性超高強韌鋼及其制備方法，屬于合金鋼制造技術領域。所述鋼化學成分的質量百分比為：C：0.45?0.55％，Si：1.8?2.2％，Mn：0.5?1.0％，Cr：1.8?2.2％，Mo：0.4?0.6％，Ni：1?3％，0.02％≤V+Nb+Cu≤0.06％，0.005％≤Al+Ti≤0.01％，P≤0.01％，S≤0.005％，O≤30ppm，N≤40ppm，余量：Fe。本發明中通過Si、Cr、Mo等合金元素的聯合使用，經相應熱處理后，使該材料在具有超高強度的同時兼具良好的塑韌性；同時，合金成分中不含Co、W、Ce等貴金屬，并減少Ni的使用量，大幅降低了制造成本，簡化了制備工藝。同時，本發明所制備的高延性超高強韌鋼具有優異的力學性能：抗拉強度(R_m)≥2230MPa，屈服強度(R_p0.2)≥1450MPa，伸長率(A)≥13％，斷面收縮率(Z)≥35％，沖擊韌性(A_ku2)≥50J。

技術領域

本發明屬于合金鋼制造技術領域，特別涉及一種高延性超高強韌鋼及其制備方法。

背景技術

近年來，超音速飛機以及火箭、導彈和宇航技術的發展對結構材料的強韌性提出了越來越高的要求。同時，這些技術的發展所需要解決的首要問題是如何使器件輕量化。因此，應用于這些技術領域的材料首先需要滿足的條件之一是具有大的強重比。鋁合金與鈦合金一直是航空工業重要的結構材料，主要就是因為這些材料的強重比比較大。自從超高強韌鋼逐漸發展成熟以后，鋼鐵材料在這些領域的應用才逐漸變得廣泛，例如，飛機的降落裝置、機翼配件、尾翼的貫通部件以及發動機臺架等部件，都需要用抗拉強度1963MN/m²(200kg/mm²)左右的超高強韌鋼來制造。簡言之，鑒于應用技術的發展需求以及對裝備經濟可承受性的重視，人們對超高強度鋼的要求是在盡量提高其強度的同時兼具韌性和低成本。

在制備具有較高強韌性的超高強度鋼的傳統工藝中，合金成分中必須采用大量的Co和Ni，如Aermet100、AF1410、M250、F175、G99等皆屬于此類高合金鋼。Co和Ni具有固溶強化作用，Co元素能提高鋼的再結晶溫度(T)使位錯結構保存下來，位錯結構作為增加細小碳化物的形核點，析出更多的細小碳化物，這對于二次析出強化鋼的超高強韌性起到了關鍵性作用；Ni能使基體中的螺型位錯不易發生分解，保證了交滑移的發生，這對提高鋼的韌性也起到了一定作用。然而，Co、Ni均為我國稀缺的貴重戰略性元素，其作為合金成分的大量使用會導致高合金鋼成本十分昂貴，難以獲得廣泛應用，僅用于部分國防尖端武器。而40CrNiMo、300M、30CrMnSiNi、35Si2Mn2MoV和D6AC等低成本超高強度鋼，由于只含有少量Ni，而導致韌塑性較差，無法滿足關鍵結構件的使用要求。

近年來，合金成分不含Co，同時減少Ni使用量的具有較高強韌性的超高強度鋼發展迅速。經文獻調研，目前我國此類超高強度鋼代表鋼種包括以下幾種：

(1)“一種高韌性易旋壓易焊接超高強度D506A鋼及制備方法”(申請號：CN201410613963.9)，“一種高韌性超高強度鋼的成分及其制備工藝”(申請號：CN201410776647.3)，和“一種高淬透性低屈強比超高強度鋼及制備方法”(申請號：CN201610065359.6)，這三篇專利文獻中所公開的鋼均具有合適的強韌性，但合金元素含量高，成本高。

(2)“一種中錳超高強度鋼及其制備方法”(申請號：CN201910406834.5)和“一種低合金超高強度鋼”(申請號：CN201910054898.3)所公開的超高強度鋼合金含量少、成本低，但強度較低，滿足不了超高強韌鋼的要求。

(3)“一種超高強度高韌性合金鋼及其制備方法”(申請號：CN201910625665.4)，該發明中的鋼材料具有高的抗拉強度，但延伸率不足。

(4)“一種低合金超高強度結構鋼及制備方法”(申請號：CN201911074448.7)，該發明中的鋼材料的屈服強度、斷面收縮率Z、沖擊韌性A_ku2的參數值相對較低。