專利名稱：一種超高強度高韌性鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超高強度鋼技術領域。尤其涉及一種超高強度高韌性鋼及其制造方法。
背景技術：
目前在開發(fā)超高強度高韌性鋼方面，為了提高強度和硬度，通常利用貝氏體或馬氏體作 為主要的基體組織，同時利用各種細化手段和方法，期望得到高的韌性。國內(nèi)外對此已經(jīng)進 行了很多有益的探索和開發(fā)，已經(jīng)形成了多項的科研成果和專利。分析這類成果和專利所開 發(fā)的超高強度高韌性鋼及相關的制造方法可以發(fā)現(xiàn)，對鋼材的強度、硬度、韌度和抗彈極限 都有了極大的提高，但存在如下問題
(1) 公開的超高強度鋼，在利用細化馬氏體組織強化時，經(jīng)適當溫度回火后,這些鋼的強 度可達1500MPa以上，或接近甚至超過2000MPa,但這些鋼的強度和韌性難以很好匹配，而且均 含較高合金元素,冶煉加工工藝要求復雜，成本較高。如"馬氏體時效鋼"(CN85107993)、"高 韌性馬氏體時效鋼"(CN1036044)、"馬氏體時效鋼及其制造方法"(CN1040626)、"少鎳無 鈷馬氏體時效鋼"(CN1182141)、"一種無鈷高強高韌馬氏體時效鋼加工方法"(CN1626686)、
"馬氏體時效鋼制品及制備方法"(CN101258259)等專利技術。
(2) 公開的超高強度鋼，在利用細化貝氏體組織強化時， 一般都為(超)低碳貝氏體鋼， 碳含量不高，主要合金元素Si、 Mn、 Cr、 Mo含量少，貝氏體轉變溫度高，該技術中合金A1 含量很少或沒有，貝氏體轉變時間很長，生產(chǎn)過程復雜、環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)成本高；韌、塑性良 好，但強度一般不超過1500MPa。如"低碳貝氏體鋼及其制備方法"(CN101104906)、"一 種超高強度超低碳貝氏體鋼的制備方法"(CN1916195)、"高抗拉強度高韌性低屈強比貝氏 體鋼及其生產(chǎn)方法"(CN1786246)、"一種超低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法"(CN1521285)、
"一種高強度微合金低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法"(CN101230444)、"高強高韌性貝氏體鋼" (CN1036231)等專利技術。
(3) 公開的超高強度鋼， 一般為低碳低合金鋼，抗拉強度和屈服強度都不是特別高，韌 性和塑性也不足；為了提高材料塑性和韌性的主要手段是加入高的Ni，通過促使位錯的交滑 移來提高材料的變形能力，增加了合金原料成本。如"低合金超高強度鋼種"(CN13卯972)、
"一種低合金超高強度鋼及其熱處理工藝"(CN101078088)、"一種低合金高強度鋼"(CN1920081)、"熱軋低合金高強度鋼板及其制備工藝"(CN1076223)、"一種可大線能量焊接 的低合金高強度鋼板及其制造方法"(CN101153370)等專利技術。
(4) 公開的超高強度鋼，為了提高鋼的韌性，通常采取在鋼中形成鐵素體/馬氏體、鐵素 體/貝氏體等的復相組織，具有較高的韌性，但強度不足。如"韌性和焊接性良好的雙相鋼板"
(CN1143393)、"具有優(yōu)異的低溫韌性的超高強度雙相鋼"(CN1306582)、"一種鐵素體貝 氏體雙相鋼"(CN101033522)、"具有低屈服比、高韌性和優(yōu)異可焊性的高強度雙相鋼" (CN101331019)"雙相鋼合金的應用"(CN1571861)等專利技術。
(5) 公開的超高強度鋼，為了提高鋼的強度，通常采取在鋼中形成鐵素體/馬氏體、貝氏 體/殘留奧氏體等的復相組織，具有較高的強度，但韌性不足。如"超細晶粒低碳低合金雙相 鋼板及其制造方法"(CN1566389)、"生產(chǎn)冷軋鐵素體/馬氏體雙相鋼帶的方法及由此得到的 帶材"(CN1748039)、"抗拉強度大于1000MPa的鐵素體/馬氏體雙相鋼及其制備方法"
(CN101338397)、"一種抗拉強度1000MPa級冷軋雙相鋼板及制備方法"(CN101363099)、 "2000MPa級超高強度高韌性鋼板及其制造方法"(CN101376945)等專利技術。
由上述分析可以看出:上述現(xiàn)有的超高強度高靭性鋼要么抗拉強度和屈服強度不足；要么
韌性和塑性不足；要么合金原料成本偏高；而且熱處理工藝復雜，均不屬于集超高強度、高韌
性等多種特性為一體的高性能鋼鐵材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術缺陷，目的是提供一種成本低廉、工藝簡單、性能優(yōu)良的超高 強度高韌性鋼及其制造方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是或將鐵水、或將廢鋼、或將鐵水和廢鋼經(jīng) 煉鋼和精煉后，進行模鑄或連鑄，熱軋與熱處理。
鑄坯的化學成分及其含量是C為0.30 0.70wt。/。，Si為1.20 1.80wt。/。，Mn為2.00 6.00wt0/0， Cr為1.00 5.00wt% ， Mo為0.10 0.60wt% ， V為0.06 0.12wt% ， Al為0.05 1.20wt% ， P<0.015wt%， S<0.010wt%,其余為Fe及不可避免的雜質。
熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯在1150 125(TC條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然 冷卻；再將冷卻后的鋼板在850 1050'C條件下奧氏體化0.2 0.6小時；然后在200 500'C條 件下于氮氣氣氛下保溫10.0 240.0小時，隨爐冷卻至室溫，或在200 500。C、氮氣氣氛和8 12T的強磁場條件下保溫1.0小時 4.0小時，隨爐冷卻至室溫。由于采用上述技術方案，本發(fā)明是以價格低廉的Si、 Mn、 Cr元素為主，只有少量的Mo、 Al等元素，故成本低廉；用軋制+正火+淬火的熱軋與熱處理的工藝，工藝簡單。
本發(fā)明制造的超高強度高韌性鋼的顯微組織是納米級的貝氏體鐵素體板條為基體，彌散 分布著殘留奧氏體的超細組織。貝氏體鐵素體為過飽和碳的固溶體，類似于馬氏體組織，具 有很高的強韌度和破斷抗力；奧氏體為韌度相，分布在貝氏體鐵素體板條上或板條之間，在 受到外力作用下會發(fā)生塑性變形，吸收和消耗能量，延緩裂紋的擴展，對提高板材的韌度極 其有利，應力作用較大時會發(fā)生相變誘發(fā)塑性效應(TRIP效應)，進一步提高了鋼的強韌度。因 碳的固溶強化、位錯強化、貝氏體板條強化、誘發(fā)塑性強化等，超高強度高韌性的力學性能 在軋制態(tài)就可以達到較高的強度級別。經(jīng)過熱處理和強磁場處理，穩(wěn)態(tài)強磁場能夠將高強度 的能量無接觸地傳遞到物質的原子尺度，改變原子的排列、匹配和遷移等，可以加速貝氏體 的轉變，對貝氏體的組織和性能產(chǎn)生影響。從而得到抗拉強度為1600 2200MPa、延伸率為19 27e/。和斷口韌性為26 34MPam^的超高強度高強度高韌性鋼。
因此，本發(fā)明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所制備的鋼板性能優(yōu)良，廣泛應用于火 箭發(fā)動機外殼、飛機起落架和防彈鋼板等性能有特殊要求的領域，還能應用到建筑、機械制 造、車輛和其它軍事裝備上。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述，并非對本發(fā)明保護范圍的限制。 實施例1
一種超高強度高韌性鋼及其制造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.50 0.70wto/0， Si為1.50 1.80wt0/。， Mn為4.00 6.00wt0/。， Cr為1.00 3.00wt%, Mo為0.10 0.30wt。/。， V為 0.06 0.09wt%， Al為0.05 0.60wt0/。， P<0.015wt%， S<0.010wt%，其余為Fe及不可避免的雜 質。
將鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，進行模鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯 在1200 1250'C條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻后的鋼板在850 950'C 條件下奧氏體化0.4 0.6小時；然后在200 350。C條件下和氮氣氣氛中保溫120.0 240.0小時，
隨爐冷卻至室溫。
本實施例所制造的超高強度高韌性鋼抗拉強度為2000 2200MPa;延伸率為23 26%; 斷口韌性為28 32MPam1。。一種超高強度高韌性鋼及其制造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.50 0.70wto/。， Si為1.50 1.80wt0/。， Mn為4.00 6.00wt0/0, Cr為1.00 3.00wt0/。， Mo為0.10 0.30wt0/。， V為 0.06 0.09wt%， Al為0.60 1.20wt0/。， P<0.015wt%, S<0.010wt%，其余為Fe及不可避免的雜 質。
將廢鋼經(jīng)煉鋼和精煉后，進行連鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯
在1200 125(TC條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻后的鋼板在850 950'C 條件下奧氏體化0.4 0.6小時；然后在200 350'C、氮氣氣氛和10 12T的強磁場條件下保溫 2.0小時 4.0小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所制造的超高強度高韌性鋼抗拉強度為1900 2100MPa;延伸率為19 22%; 斷口韌性為26 30MPam^。
實施例3
一種超高強度高韌性鋼及其制造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.30 0.50wt。/。， Si為1.20 1.50wt0/0， Mn為2.00 4.00wt。/。， Cr為3.00 5.00wt。/。， Mo為0.30 0.60wt。/。， V為 0.09 0.12wt%， Al為0.05 0.60wt0/0， P<0.015wt%， S<0.010wt%，其余為Fe及不可避免的雜 質。
將鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼和精煉后，進行連鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先 將鑄坯在1150 1200'C條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻后的鋼板在950 1050'C條件下奧氏體化0.2 0.4小時；然后在350 500。C條件下和氮氣氣氛中保溫10.0 120.0 小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所制造的超高強度高韌性鋼抗拉強度為1700 1900MPa;延伸率為24 27%; 斷口韌性為30 34MPam1 實施例4
一種超高強度高韌性鋼及其制造方法。鑄坯的化學成分及其含量是C為0.30 0.50wt"/。， Si為1.20 1.50wt0/。， Mn為2.00 4.00wt。/。， Cr為3.00 5.00wt。/0， Mo為0.30 0.60wt0/。， V為 0.09 0.12wt%， Al為0.60 1.20wt0/。， P<0.015wt%， S<0.010wt%，其余為Fe及不可避免的雜 質。
將鐵水經(jīng)煉鋼和精煉后，進行模鑄，熱軋與熱處理。熱軋與熱處理的工藝是先將鑄坯在1150 1200。C條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻后的鋼板在950 1050。C 條件下奧氏體化0.2 0.4小時；然后在350 50(TC、氮氣氣氛和8 10T強磁場的條件下保溫1.0 小時 3.0小時，隨爐冷卻至室溫。
本實施例所制造的超高強度高韌性鋼抗拉強度為1600 1800MPa;延伸率為21 24%; 斷口韌性為28 32MPam172。
本具體實施方式
發(fā)明是以價格低廉的Si、 Mn、 Cr元素為主，只有少量的Mo、 Al等元素， 故成本低廉；用軋制+正火+淬火的熱軋與熱處理的工藝，工藝簡單。
本具體實施方式
制造的超高強度高韌性鋼的顯微組織是納米級的貝氏體鐵素體板條為基 體，彌散分布著殘留奧氏體的超細組織。貝氏體鐵素體為過飽和碳的固溶體，類似于馬氏體 組織，具有很高的強韌度和破斷抗力；奧氏體為韌度相，分布在貝氏體鐵素體板條上或板條 之間，在受到外力作用下會發(fā)生塑性變形，吸收和消耗能量，延緩裂紋的擴展，對提高板材 的韌度極其有利，應力作用較大時會發(fā)生相變誘發(fā)塑性效應(TRIP效應)，進一步提高了鋼的強 韌度。因碳的固溶強化、位錯強化、貝氏體板條強化、誘發(fā)塑性強化等，貝氏體鋼的力學性 能在軋制態(tài)就可以達到較高的強度級別。經(jīng)過熱處理和強磁場處理，得到抗拉強度為1600 2200MPa、延伸率為19 27%和斷口韌性為26 34MPam^的超高強度高韌性鋼。
因此，本具體實施方式
具有成本低廉和工藝簡單的特點，所制備的鋼板性能優(yōu)良，廣泛 應用于火箭發(fā)動機外殼、飛機起落架和防彈鋼板等性能有特殊要求的領域，還能應用到建筑、 機械制造、車輛和其它軍事裝備上。
權利要求
1、一種超高強度高韌性鋼的制造方法，其特征在于或將鐵水、或將廢鋼、或將鐵水和廢鋼經(jīng)煉鋼和精煉后，進行模鑄或連鑄，熱軋與熱處理；鑄坯的化學成分及其含量是C為0.30～0.70wt％，Si為1.20～1.80wt％，Mn為2.00～6.00wt％，Cr為1.00～5.00wt％，Mo為0.10～0.60wt％，V為0.06～0.12wt％，Al為0.05～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余為Fe及不可避免的雜質。
2、 根據(jù)權利要求l所述的超高強度高韌性鋼的制造方法，其特征在于所述的熱軋與熱處 理的工藝是先將鑄坯在1150 125(TC條件下均熱2.0 3.0小時，熱軋，自然冷卻；再將冷卻 后的鋼板在850 1050°0條件下奧氏體化0.2 0.6小時；然后在200 50(TC條件下于氮氣氣氛 中保溫10.0 240.0小時，隨爐冷卻至室溫，或在200 500'C、氮氣氣氛和8 12T的強磁場條 件下保溫1.0小時 4.0小時，隨爐冷卻至室溫。
3、 根據(jù)權利要求1 3項中任一項所述超高強度高韌性鋼的制造方法所制造的超高強度高 韌性鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高強度高韌性鋼及其制造方法。其技術方案是鑄坯的化學成分及其含量是C為0.30～0.70wt％，Si為1.20～1.80wt％，Mn為2.00～6.00wt％，Cr為1.00～5.00wt％，Mo為0.10～0.60wt％，V為0.06～0.12wt％，Al為0.05～1.20wt％，P＜0.015wt％，S＜0.010wt％，其余為Fe及不可避免的雜質。經(jīng)煉鋼和精煉，模鑄或連鑄；再將鑄坯在1150～1250℃均熱2.0～3.0小時，熱軋，自然冷卻；然后將冷卻后的鋼板在850～1050℃條件下奧氏體化0.2～0.6小時；最后在200～500℃條件于氮氣氣氛中保溫10.0～240.0小時，或在200～500℃、氮氣氣氛和8～12T的強磁場條件下保溫1.0～4.0小時，隨爐冷卻至室溫。本發(fā)明具有成本低廉和工藝簡單的特點，所制備的鋼板性能優(yōu)良。
文檔編號C22C38/38GK101624682SQ200910063580
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月11日 優(yōu)先權日2009年8月11日
發(fā)明者吳開明, 鋒 胡 申請人:武漢科技大學