納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法
【專利摘要】一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法,按重量百分比計(jì)其組分如下:C為0~0.2%,Ni為2~15%,Mn為0~10%,Al為0.5~6%,Cu為0~4%,Cr為0~12%,Mo為0~3%,W為0~3%,V為0~0.5%,Ti為0~0.5%,Nb為0~0.5%,Si為0~1%,B為0.0005~0.05%,P不高于0.04%,S不高于0.04%,N不高于0.04%,O不高于0.05%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì),經(jīng)熔煉、鑄造和鍛軋后進(jìn)行固溶和時(shí)效處理,制成以納米金屬間化合物強(qiáng)化為主,結(jié)合納米團(tuán)簇和納米碳化物復(fù)合強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,獲得優(yōu)異的強(qiáng)韌性、焊接性、耐腐蝕性。
【專利說明】納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法,具體涉及一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)和國(guó)防的快速發(fā)展,超高強(qiáng)度鋼在航空航天、國(guó)防、電站及其他高科技領(lǐng)域的應(yīng)用正變得越來越重要。其中拉伸強(qiáng)度在1400~2000MPa的超高強(qiáng)度鋼是應(yīng)用范圍很廣的一類重要鋼種,特別是大量應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)起落架、防彈鋼板等對(duì)性能有特殊要求的領(lǐng)域,而且其使用范圍正在不斷地?cái)U(kuò)大到建筑、機(jī)械制造、車輛和其它軍用及民用裝備上。
[0003]傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼,如低溫回火馬氏體組織或下貝氏體組織強(qiáng)化低合金鋼,高溫回火合金碳化物析出物、二次硬化組織強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼,金屬間化合物析出強(qiáng)化馬氏體時(shí)效鋼等,一定程度上達(dá)到了超高強(qiáng)度的要求,但高碳、高合金及熱處理轉(zhuǎn)變要求快冷等特性使其仍存在焊接性能及塑韌性差、成本高、材料尺寸受限等問題。
[0004]隨著納米科技的發(fā)展,利用納米析出相強(qiáng)化機(jī)制已成為開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼的重要途徑,納米析出相顆粒與基體中的滑移位錯(cuò)交互作用,產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化作用,此外還能控制基體晶粒尺寸,間接起到細(xì)晶強(qiáng)化作用,從而有效提高鋼的強(qiáng)度。目前納米析出相強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼中發(fā)展比較成熟的是通過合金化形成納米碳化物MC,產(chǎn)生析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度 。例如,專利CN1514887公開了一種納米碳化物沉積增強(qiáng)的超高強(qiáng)度的、耐腐蝕的結(jié)構(gòu)鋼,專利101671771B公開了一種高強(qiáng)度高塑性超細(xì)晶鐵素體和納米碳化物低碳鋼制備方法,以及霍向東等人在“CSP生產(chǎn)Ti微合金化高強(qiáng)鋼中納米碳化物”,北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011年08期中對(duì)納米碳化物強(qiáng)化進(jìn)行了研究。然而,現(xiàn)代工業(yè)對(duì)超高強(qiáng)度鋼的焊接性、韌性等綜合性能的要求日益提高,較高的碳含量導(dǎo)致焊接性能差、斷裂韌性不高,因而必須合理控制含碳量,利用新型納米析出相替代碳化物強(qiáng)化相對(duì)超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行強(qiáng)化,并在不破壞良好綜合性能的前提下,有效發(fā)揮微量碳化物的積極強(qiáng)化作用。此外,鐵素體鋼韌性良好,克服了馬氏體鋼快冷要求對(duì)材料尺寸的限制,特別是可采用連鑄連軋工藝生產(chǎn),能夠節(jié)約能源、簡(jiǎn)化工藝。因而與傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼采用馬氏體基體相比,在鐵素體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上利用新型納米析出相強(qiáng)化機(jī)制開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼具有極大的工藝和成本優(yōu)勢(shì)。
[0005]本發(fā)明的超高強(qiáng)度鋼選用鐵素體組織作為基體,通過添加適量的金屬間化合物形成元素,在適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囅?,在鐵素體基體上析出大量納米金屬間化合物,發(fā)揮析出強(qiáng)化作用,明顯提高鋼的強(qiáng)度。另外本發(fā)明還添加了納米團(tuán)簇形成元素,碳化物形成元素和微量碳元素,形成一定量納米團(tuán)簇和少量納米碳化物,從而以納米金屬間化合物強(qiáng)化為主,結(jié)合納米團(tuán)簇和納米碳化物復(fù)合強(qiáng)化,三種納米析出相共同作用產(chǎn)生最大限度的強(qiáng)化效果,制成低碳且綜合性能優(yōu)異的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其中以大量分布均勻、尺寸細(xì)小的納米金屬間化合物強(qiáng)化為主,同時(shí)結(jié)合納米團(tuán)簇和納米碳化物實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化,制成具有超高強(qiáng)韌性、優(yōu)良焊接性能和耐腐蝕性能的新型超高強(qiáng)度鐵素體鋼。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種制造上述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法。
[0008]一方面,本發(fā)明提供一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,按重量百分比計(jì),其化學(xué)組分如下:C為O~0.2%, Ni為2~15%,Mn為O~10%,Al為0.5~6%,Cu為O~4%,Cr為O~12%,Mo為O~3%,W為O~3%,V為O~0.5%, Ti為O~0.5%, Nb為O~0.5%, Si為O~1%,B為0.0005~0.05%, P不高于0.04%, S不高于0.04%, N不高于0.04%,O不高于0.05%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,所述納米金屬間化合物為NiAl。
[0010]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中,所述納米金屬間化合物的平均尺寸為3nm,平均間距為2~20nm,每立方微米納米金屬間化合物數(shù)不少于10,000個(gè)。
[0011]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中,所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中還包含納米團(tuán)簇,所述納米團(tuán)簇的主要組成元素為Cu。
[0012]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中,所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中還包含納米碳化物(Mo,W)2C。
[0013]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中,所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的基體組織為鐵素體,所述鐵素體的平均晶粒尺寸為I~20 μ m。
[0014]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中,所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的屈服強(qiáng)度為1200~1800MPa,拉伸強(qiáng)度為1400~2000MPa,斷面收縮率為30~60%,伸長(zhǎng)率為5~20%ο
[0015]另一方面,本發(fā)明還提供一種制造所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法,其步驟如下:
[0016](I)使所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的化學(xué)組分構(gòu)成的原料組合物依次進(jìn)行熔煉、鑄造和鍛軋;
[0017](2)進(jìn)行固溶處理,然后冷卻至室溫;
[0018](3)進(jìn)行時(shí)效處理,然后冷卻至室溫。
[0019]在本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式中,所述固溶處理在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0020]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述固溶處理在900°C進(jìn)行。
[0021]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述固溶處理進(jìn)行0.1~3小時(shí)。
[0022]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述固溶處理進(jìn)行0.5小時(shí)。
[0023]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述時(shí)效處理在400~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0024]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述時(shí)效處理在550°C進(jìn)行。
[0025]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述時(shí)效處理進(jìn)行0.1~20小時(shí)。
[0026]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中,所述時(shí)效處理進(jìn)行2小時(shí)。
[0027]本發(fā)明通過合理調(diào)控合金元素種類和含量以及熱處理工藝,得到大量分布均勻、尺寸細(xì)小的納米金屬間化合物,有效發(fā)揮了納米金屬間化合物析出強(qiáng)化作用,并與納米團(tuán)簇和納米碳化物相結(jié)合三種納米析出相實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化,獲得優(yōu)異的強(qiáng)韌性,屈服強(qiáng)度達(dá)1200~1800MPa,拉伸強(qiáng)度達(dá)1400~2000MPa,斷面收縮率為30~60%,伸長(zhǎng)率為5~20%。其中以納米金屬間化合物為主強(qiáng)化相,以其析出強(qiáng)化作用為最主要的強(qiáng)化方式,降低了鋼中的碳含量,從而具有優(yōu)良的焊接性能和塑韌性,此外添加了適量的Cr和Al元素,可形成穩(wěn)定的氧化鉻和氧化鋁保護(hù)膜,Cu還起到提高鋼在大氣和海水中耐腐蝕性的作用,從而綜合提高了鋼的抗氧化和耐腐蝕性能。另外,與現(xiàn)有的超高強(qiáng)度馬氏體鋼相比,本發(fā)明的超高強(qiáng)度鐵素體鋼熱處理后可不經(jīng)淬火等快速冷卻工藝,生產(chǎn)尺寸較大,并且適于連鑄連軋生產(chǎn),生產(chǎn)成本較低。
[0028]本發(fā)明的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,以大量分布均勻、尺寸細(xì)小的納米金屬間化合物強(qiáng)化為主,并結(jié)合一定量納米團(tuán)簇和少量納米碳化物實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化,獲得了極高的強(qiáng)度且強(qiáng)韌性匹配極佳,并具有優(yōu)良的焊接性和耐腐蝕性,可應(yīng)用于汽車、艦船、橋梁、管線、能源、電站、海洋工程、建筑結(jié)構(gòu)、壓力容器、工程機(jī)械、集裝箱,特別是可應(yīng)用于要求超高強(qiáng)度的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)起落架、防彈裝甲車等國(guó)防裝備領(lǐng)域的關(guān)鍵部件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]結(jié)合附圖參照下述詳細(xì)說明本領(lǐng)域技術(shù)人員將更好地理解本發(fā)明的上述及諸多其他特征和優(yōu)點(diǎn),其中:
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NIS103的基體中納米金屬間化合物的透射電鏡暗場(chǎng)像;
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NIS103的基體中納米碳化物的透射電鏡照片;
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NIS102的顯微組織形貌掃描電鏡照片;
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NIS103、NIS107和對(duì)比鋼CSl的室溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例,列舉這些實(shí)施例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明提供一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,按重量百分比計(jì),其化學(xué)組分如下:C為O~0.2%, Ni為2~15%,Mn為O~10%,Al為0.5~6%,Cu為O~4%, Cr 為 O ~12%,Mo 為 O ~3%,W 為 O ~3%,V 為 O ~0.5%, Ti 為 O ~0.5%, Nb 為 O ~
0.5%, Si 為 O ~1%,B 為 0.0005 ~0.05%, P 不高于 0.04%, S 不高于 0.04%, N 不高于 0.04%,O不高于0.05%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0036]以下對(duì)所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中各化學(xué)組分含量范圍的限定理由進(jìn)行說明:
[0037]C ?與Mo和W形成穩(wěn)定的納米碳化物,既能產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用,還能有效細(xì)化鐵素體晶粒,產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化作用,從而提高鋼的強(qiáng)度。在本發(fā)明中為了保證鋼的優(yōu)良焊接性能和韌性,僅使用低的碳含量。因此本發(fā)明將C的含量限定在O~0.2%。
[0038]Ni和Al:金屬間化合物形成元素,Ni與Al形成納米金屬間化合物NiAl,產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用,為本發(fā)明的主要強(qiáng)化相。當(dāng)Ni和Al的含量達(dá)到NiAl在鐵素體基體中的固溶度時(shí)可從基體中析出金屬間化合物NiAl,金屬間化合物NiAl具有高的強(qiáng)度和硬度,可有效釘扎位錯(cuò),從而明顯提高鋼的強(qiáng)度。此外,Ni還有助于改善鋼的韌性,然而Ni為奧氏體形成元素,其含過高時(shí),鋼中會(huì)殘留奧氏體,造成組織不均勻,且會(huì)增加生產(chǎn)成本。Al也是納米金屬間化合物組成元素之一,參與納米金屬間化合物析出強(qiáng)化作用,Al還是煉鋼過程中的脫氧劑,有凈化鋼液的作用,然而Al含量過高時(shí),會(huì)帶來冶煉澆鑄的困難。因此本發(fā)明將Ni含量限定在2~15%,將Al含量限定在0.5~6%。
[0039]Cu:納米團(tuán)簇主要組成元素,利用成本較低的Cu形成納米團(tuán)簇析出相,輔助納米金屬間化合物析出相共同發(fā)揮析出強(qiáng)化作用,進(jìn)一步強(qiáng)化鐵素體鋼。此外Cu還具有提高鋼在大氣和海水中耐腐蝕性的作用,但當(dāng)Cu含量過高時(shí),會(huì)產(chǎn)生熱脆性,對(duì)加工性能不利。因此本發(fā)明將Cu含量限定在O~4%。
[0040]Mn:以置換原子形式進(jìn)入納米金屬間化合物,參與納米金屬間化合物析出強(qiáng)化作用,Mn為奧氏體形成元素,具有推遲奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的作用,有利于細(xì)化鐵素體晶粒,提高強(qiáng)度和韌性。然而Mn含量過高時(shí),鋼中會(huì)殘留奧氏體,造成組織不均勻,并且高的Mn含量會(huì)導(dǎo)致鋼坯偏析、韌性變差及可焊性降低。因此本發(fā)明將Mn含量限定在O~10%。
[0041]Cr:抗氧化和抗腐蝕元素,可提高鋼的抗氧化和耐腐蝕性能,同時(shí)還是鐵素體形成元素,可增加和穩(wěn)定鋼的鐵素體組織,然而Cr含量過高會(huì)降低鋼的韌性,且會(huì)增加生產(chǎn)成本,因此本發(fā)明將Cr含量限定在O~12%。
[0042]Mo和W:納米碳化物形成元素,與C形成面心立方結(jié)構(gòu)的碳化物,具有尺寸小、熱穩(wěn)定性高的特點(diǎn),可有效阻礙晶粒長(zhǎng)大,發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用。此外,還能夠穩(wěn)定鋼的鐵素體組織,還能起到固溶強(qiáng)化作用。然而在本發(fā)明中為了保證鋼的優(yōu)良焊接性能和韌性,僅使用低的碳含量,添加少量Mo和W即可使固碳效果達(dá)到飽和,并且Mo和W添加過多,基體會(huì)析出Fe2Mo和Fe2W脆性相,使鋼的韌性降低,因此本發(fā)明將Mo和W的含量均限定在O~3% ο
[0043]V,Ti和Nb:碳化物形成元素,與C形成面心立方結(jié)構(gòu)的碳化物,可有效阻礙晶粒長(zhǎng)大,發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用。由于為了保證鋼的優(yōu)良焊接性能和韌性,僅使用低的碳含量,因此本發(fā)明將V、Ti和Nb的含量均限定在O~0.5%。
[0044]S1:提高碳分配,防止?jié)B碳體的形成,還能穩(wěn)定鋼的鐵素體組織,起到固溶強(qiáng)化作用,然而Si添加過多時(shí),會(huì)降低鋼的韌性,因此本發(fā)明將Si含量限定在O~1%。
[0045]B:可顯著凈化晶界,改善鋼的強(qiáng)度和韌性,然而B含量過高時(shí),晶界會(huì)析出過多硼化物,降低鋼的韌性,因此本發(fā)明將B含量限定在0.0005~0.05%。
[0046]P和S:鋼中不可避免的雜質(zhì)元素,含量高時(shí)會(huì)與Cu形成脆性化合物,危害鋼的韌性和焊接性能,因此P和S的含量均控制在0.04%以下。
[0047]N和O:鋼中不可避免的雜質(zhì)元素,危害鋼的韌性和焊接性能,因此N和O的含量分別控制在0.04%和0.05%以下。
[0048]上述以外的成分為Fe及其他不可避免的雜質(zhì),在不損害本發(fā)明效果的范圍內(nèi),不排除還含有上述以外的成分。
[0049]本發(fā)明還提供一種制造所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法,其步驟如下:
[0050](I)使所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的化學(xué)組分構(gòu)成的原料組合物依次進(jìn)行熔煉、鑄造和鍛軋;
[0051](2)進(jìn)行固溶處理,然后冷卻至室溫;
[0052](3)進(jìn)行時(shí)效處理,然后冷卻至室溫。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的方法,可于電弧爐、轉(zhuǎn)爐、感應(yīng)爐中進(jìn)行冶煉,然后可采用連鑄方式生產(chǎn)鑄坯或采用模鑄方式生產(chǎn)鑄錠,所述鑄坯或鑄錠具有良好的冷、熱加工性能,接著可進(jìn)行冷軋、溫軋或者在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造或熱軋,經(jīng)軋制或鍛造后將板材在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行固溶處理,處理時(shí)間為0.1~3小時(shí),隨后冷卻,冷卻方式可為空冷、風(fēng)冷、油淬或水淬,可冷卻至室溫或直接冷卻至?xí)r效溫度進(jìn)行時(shí)效處理,時(shí)效處理在400~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行,處理時(shí)間為0.1~20小時(shí),隨后冷卻,冷卻方式同樣可為空冷、風(fēng)冷、油淬或水淬,最終得到本發(fā)明的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼。
[0054]本發(fā)明通過鍛軋等冷熱變形工藝,可細(xì)化晶粒,還可引入大量位錯(cuò)和空位等缺陷,為高濃度納米金屬間化合物以及一定量納米團(tuán)簇和納米碳化物成核提供良好條件,還可實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)強(qiáng)化。隨后根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行熱處理,即在特定溫度下先后進(jìn)行一定時(shí)長(zhǎng)的固溶處理和時(shí)效處理,經(jīng)過固溶處理得到鐵素體過飽和固溶體,通過合理控制時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間有效控制主強(qiáng)化相納米金屬間化合物以及輔助強(qiáng)化相納米團(tuán)簇和納米碳化物的析出和長(zhǎng)大。就固溶處理而言,納米金屬間形成元素N1、Al在面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體中具有很大固溶度,根據(jù)本發(fā)明在800~1300°C進(jìn)行固溶處理,可保證所添加的納米金屬間形成元素能夠完全固溶于基體之中,而溫度過高晶粒則會(huì)嚴(yán)重粗化,鋼的強(qiáng)度和韌性均會(huì)下降。就時(shí)效處理而言,納米金屬間化合物NiAl在鐵素體中的固溶度很低,而且固溶度會(huì)隨溫度的下降而下降,若采用過高的時(shí)效溫度,納米金屬間化合物將會(huì)粗化,若采用過低的時(shí)效溫度,納米金屬間化合物則析出不足。根據(jù)本發(fā)明經(jīng)過上述固溶處理后再于400~600°C進(jìn)行時(shí)效處理之后,經(jīng)透射電鏡照片證實(shí),鐵素體基體中析出了大量分布均勻、尺寸細(xì)小的納米金屬間化合物。根據(jù)納米析出相強(qiáng)化機(jī)制,位錯(cuò)與析出相交互作用,析出相有效阻礙位錯(cuò)移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化,在析出相數(shù)量多、尺寸小、分布均勻的情況下可獲得最大的強(qiáng)化效果。本發(fā)明通過合理調(diào)控合金化元素和熱處理工藝獲得濃度高、分布均勻、尺寸細(xì)小的納米金屬間化合物,最大限度的發(fā)揮了納米金屬間化合物的強(qiáng)化作用。此外經(jīng)透射電鏡照片證實(shí),通過添加適量納米團(tuán)簇和納米碳化物形成元素,在鐵素體基體中還形成了一定量的納米團(tuán)簇和少量納米碳化物,輔助納米金屬間化合物主強(qiáng)化相起到復(fù)合強(qiáng)化作用。
[0055]除非另作限定,本發(fā)明所用術(shù)語(yǔ)均為本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義。
[0056]以下結(jié)合附圖,通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0057]實(shí)施例1
[0058]根據(jù)本發(fā)明納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的組成范圍,冶煉了發(fā)明鋼NISlOl~108,同時(shí)冶煉了對(duì)比鋼CSl和CS2作為比較。按照表1所示的發(fā)明鋼NISlOl~108和對(duì)比鋼CS1、CS2合金成分組成,在電弧熔煉爐中進(jìn)行冶煉和澆鑄,將制得的鑄錠以每次5~10%的壓下量進(jìn)行軋制處理,得到總變形量為70%左右的板材。將軋制后的板材在900°C下進(jìn)行0.5小時(shí)固溶處理,隨后以氬氣淬冷方式冷卻至室溫,然后在550°C下進(jìn)行2小時(shí)時(shí)效處理,隨后同樣以氬氣淬冷方式冷卻至室溫,從而制得發(fā)明鋼NISlOl~108和對(duì)比鋼 CS1、CS2。
[0059]表1.發(fā)明鋼NISlOl~108和對(duì)比鋼CS1、CS2的合金成分組成
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,按重量百分比計(jì),其化學(xué)組分如下:
C 為 O ~0.2%, Ni 為 2 ~15%,Mn 為 O ~10%,A1 為 0.5 ~6%,Cu 為 O ~4%,Cr 為 O ~12%, Mo 為 O ~3%,W 為 O ~3%,V 為 O ~0.5%, Ti 為 O ~0.5%, Nb 為 O ~0.5%, Si 為 O ~1%,B 為 0.0005 ~0.05%, P 不高于 0.04%, S 不高于 0.04%, N 不高于 0.04%, O 不高于 0.05%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,所述納米金屬間化合物為NiAl。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,所述納米金屬間化合物的平均尺寸為3nm,平均間距為2~20nm,每立方微米納米金屬間化合物數(shù)不少于10,000 個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其中還包含納米團(tuán)簇,所述納米團(tuán)簇的主要組成元素為Cu。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其中還包含納米碳化物(Mo,W)2C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其基體組織為鐵素體,所述鐵素體的平均晶粒尺寸為I~20 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其屈服強(qiáng)度為1200~1800MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其拉伸強(qiáng)度為1400~2000MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其斷面收縮率為30~60%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼,其伸長(zhǎng)率為5~20%。
11.一種制造前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法,其步驟如下: (1)使所述納米金屬間化合物強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的化學(xué)組分構(gòu)成的原料組合物依次進(jìn)行熔煉、鑄造和鍛軋; (2)進(jìn)行固溶處理,然后冷卻至室溫; (3)進(jìn)行時(shí)效處理,然后冷卻至室溫。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中所述固溶處理在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法,其中所述固溶處理在900°C進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法,其中所述固溶處理進(jìn)行0.1~3小時(shí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法,其中所述固溶處理進(jìn)行0.5小時(shí)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中所述時(shí)效處理在400~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述時(shí)效處理在550°C進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的方法,其中所述時(shí)效處理進(jìn)行0.1~20小時(shí)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法,其中所述時(shí)效處理進(jìn)行2小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C21D8/00GK104046891SQ201310080019
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】劉錦川, 焦增寶 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)