專利名稱：：高強高韌二次硬化鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域。主要適用于承受沖擊載荷的零部件，特別是承受高速碰撞的部件。眾所周知，對于承受沖擊載荷的零部件，其要求所采用的材料應(yīng)必須具有足夠高的強度、斷裂韌性和沖擊韌性，還應(yīng)具備良好的強韌性配合。另外對于承受高速沖擊載荷的材料，還要求具有高的形變硬化指數(shù)，以提高材料的絕熱剪切抗力；以及低的屈強比，使得材料在斷裂強度較高時，能維持較低的屈服強度，以降低材料解理斷裂傾向。從表1中能見到幾種常用的超高強度鋼的力學(xué)性能表1幾種常用的超高強度鋼的力學(xué)性能由表1可看出，低合金高強度鋼300M和30CrMnSiNi2A鋼的主要缺點是斷裂韌性較低馬氏體時效鋼18Ni(250)的不足是屈強比太高，抗剪切失穩(wěn)能力差。而二次硬化超高強度鋼的性能適中，其主要不足是該類鋼中均含有較高的貴重元素Co，使這類鋼的生產(chǎn)成本增高，難于推廣使用。本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗拉強度和斷裂韌性高、屈強比和生產(chǎn)成本低的高強高韌二次硬化鋼。根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的高強高韌二次硬化鋼，我們具體解決方案是，在去除原有二次硬化超高強度鋼中貴重元素Co，并對其它元素進行微調(diào)的基礎(chǔ)上，同時加入適量的Al、Ti、Nb元素，使鋼中形成金屬間化合物-碳化物復(fù)合強化的二次硬化超高強度鋼。其具體的化學(xué)成分(wt.％)為C0.18-0.28％,Ni8.0-10.0％,Cr1.6-3.5％,Mo1.0-2.0％,Al0.5-1.3％,Ti0.04-0.10％,Nb0.01-0.05％,Si≤0.01％,Mn≤0.01％,S≤0.01％,P≤0.01％,O≤50ppm,N≤50ppm，其余為Fe。在本發(fā)明鋼中化學(xué)成份設(shè)計的依據(jù)如下C是鋼的主要強化元素之一，在時效條件下與Mo、Cr等結(jié)合形成彌散M2C碳化物，增強了彌散強化的效果。但過多的C會造成斷裂韌性和沖擊韌性降低，并使焊接性能變差。C含量至少為0.18％，上限不超過0.28％。Ni與鋼中的Al、Ti形成Ni(Al,Ti)或Ni3(Al,Ti)金屬間化合物，強化基體；通過形成低碳高Ni的板條馬氏體，可提高基體韌性；適量的Ni可促進Fe3C溶解以及有利于形成少量殘余奧氏體，從而提高鋼的塑、韌性，過多則使強度下降。同時Ni與Cr、Mo可保證鋼所必須的淬透性。Ni含量至少為8.0％，上限不超過10.0％。Cr、Mo是碳化物形成元素，固溶后時效過程中與碳結(jié)合形成(Mo、Cr)2C碳化物，在具有良好韌性的板條馬氏體基體中以細小的針狀相共格析出，形成明顯的二次硬化效應(yīng)，提高鋼的強度。Cr、Mo含量過高，則降低韌性。Cr含量在1.6-3.5％、Mo含量在1.0-2.0％范圍內(nèi)較為合適。Al金屬間化合物形成元素之一，含量過高則降低鋼的韌性。Al含量至少0.3％，不超過1.3％。Ti促進Ni3Al金屬間化合物的形成并部分溶入Ni3Al相，提高強化效果；部分形成碳化物，抑制奧氏體晶粒長大，提高鋼的韌性。Nb少量加入能有效地細化晶粒，從而提高鋼的強度和塑韌性。同時，為了獲得良好的強韌性配合，必須嚴格控制雜質(zhì)元素含量，其S、P以不超過0.01％,Si,Mn小于0.1％為宜，O、N不超過50ppm。本發(fā)明鋼采用真空感應(yīng)爐冶煉。熔煉后鋼錠應(yīng)在1200℃下進行均質(zhì)化處理，隨后在1150-850℃范圍內(nèi)進行熱加工，熱加工后分別在900℃溫度退火，以改善鋼的組織分布。機加工前在650℃下進行5小時軟化處理。最終熱處理制度為820℃保溫，進行固溶處理，最后在480-510℃范圍內(nèi)進行時效。根據(jù)上述化學(xué)成分及生產(chǎn)方法所制備的本發(fā)明鋼，不僅具有較高的抗拉強度和斷裂韌性，而且還具有較低的屈強比，以及良好的動態(tài)力學(xué)性能。具體性能為抗拉強度σb≥1650MPa,σ0.2≥1450MPa,K1c&GreaterEqual;110MPam]]>，σ0.2/σb≤0.93。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅強度高，而且斷裂韌性好，屈強比低，經(jīng)濟效果好。實施例根據(jù)設(shè)計的化學(xué)成分范圍，在90kg真空感應(yīng)爐上冶煉4爐本發(fā)明鋼，其具體的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表2和表3所示，同時，列入兩種對比鋼的成分與性能。表2為本發(fā)明實施例與對比鋼的化學(xué)成份(wt％)比較。表3為本發(fā)明實施例與對比鋼的力學(xué)性能比較。表2實施例及對比鋼化學(xué)成分(wt.％)<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="463">鋼種及爐號CNiCrMoAlTi本發(fā)明鋼10.209.32.391.330.420.06820.229.732.141.580.540.07930.249.532.171.570.640.07740.218.962.11.01.090.055AF141050.1610.72.01.0--9Ni-5Co60.219.091.931.92--</table></tables>續(xù)表2<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="423">鋼種及爐號CoNbVSP本發(fā)明鋼1-0.026-0.0040.0062-0.03-0.0050.0063-0.033-0.006＜0.0054-0.032-0.003＜0.005AF1410514.0--0.003＜0.0059Ni-5Co65.43-0.080.0050.007</table></tables>本發(fā)明鋼錠經(jīng)1200℃保溫5小時均質(zhì)化處理后，在1150-850℃溫度范圍內(nèi)，鍛造成試樣毛坯，試樣加工前經(jīng)650℃保溫1小時軟化處理，試樣粗加工后在820℃溫度下保溫1小時后油冷，之后在510℃溫度下進行時效5小時。所有試樣在時效后再精加工至最終尺寸。試樣在室溫下分別進行拉伸性能試驗和斷裂韌性試驗，所得結(jié)果列入表3。表3實施例與對比鋼號的力學(xué)性能從表3可看出，本發(fā)明與AF1410相比，強度指標相當(dāng)，只是斷裂韌性低于后者；與9Ni-5Co相比，力學(xué)性能相當(dāng)，而本發(fā)明鋼具有較低的屈強比，同時，所用貴重合金元素較少，成本較低，經(jīng)濟性好，具有推廣使用的前景。權(quán)利要求1.一種高強高韌二次硬化鋼，其特征在于該鋼種化學(xué)成分(wt.％)為C0.18-0.28％,Ni8.0-10.0％,Cr1.6-3.5％,Mo1.0-2.0％,Al0.5-1.3％,Ti0.04-0.10％,Nb0.01-0.05％,Si≤0.01％,Mn≤0.01％,S≤0.01％,P≤0.01％,O≤50ppm,N≤50ppm，其余為Fe。全文摘要本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域。主要適用于承受沖擊載荷的零部件,特別是承受高速碰撞的部件。該種鋼的化學(xué)成分(wt.%)為:C0.18—0.28%,Ni8.0—10.0%,Cr1.6—3.5%,Mo1.0—2.0%,Al0.5—1.3%,Ti0.04—0.10%,Nb0.01—0.05%,Si≤0.01%,Mn≤0.01%,S≤0.01%,P≤0.01%,O≤50ppm,N≤50ppm,其余為Fe。文檔編號C22C38/50GK1213706SQ98120090公開日1999年4月14日申請日期1998年10月8日優(yōu)先權(quán)日1998年10月8日發(fā)明者蘇杰,陳克明,李榮,高銀露,陳嘉硯,張潔申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院