一種新型超高強(qiáng)度鋼材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料發(fā)明技術(shù)，涉及一種新型超高強(qiáng)度鋼材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前人們?cè)诔邚?qiáng)度鋼設(shè)計(jì)方面，更注重抗應(yīng)力腐蝕性能。由于先進(jìn)飛機(jī)機(jī)動(dòng)性 更強(qiáng)，可在任何條件下飛行，抗應(yīng)力腐蝕性能尤為重要。必須結(jié)合海洋和氣候特點(diǎn)重點(diǎn)突出 耐腐蝕性能。迫切需要既有超高強(qiáng)(〇b 2 1900MPa)、耐腐蝕性等同于不銹鋼(零件取消電鍍， 降低零件的維護(hù)成本）。以制造重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)的起落架等關(guān)鍵承力構(gòu)件。目前使 用的PH13-8MO等第二代不銹鋼強(qiáng)度較低，限制了其使用范圍。300M、AerMet100 等同屬結(jié)構(gòu) 鋼，強(qiáng)度很高，但對(duì)應(yīng)力腐蝕和氫脆比較敏感，由于上述原因，用其制造的零件必須采用電 鍍進(jìn)行表面防護(hù)，不利于環(huán)境保護(hù)，增加了零件發(fā)生氫脆斷裂的可能性，增大了零件維護(hù)的 成本。國(guó)外研制出強(qiáng)度與300M和AerMetlOO相當(dāng)，耐腐蝕性能等同于15-5PH的超高強(qiáng)度鋼 S53,但S53斷裂韌度較低，材料規(guī)范要求斷裂韌虔
。為保證材料具有優(yōu) 良的抗疲勞性能，斷裂韌度(Κκ)應(yīng)不低于
，
[0003] 本發(fā)明提出一種新型材料成分及制備方法"梁取本發(fā)明方法制造的新型結(jié)構(gòu)材 料，其拉伸強(qiáng)度不低于1900MPa，斷裂韌度大吁
[0004] 目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有該新型超高強(qiáng)度鋼成分及制備的方法，也未檢索到國(guó)際上該材料 成分及制備技術(shù)的公開(kāi)文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是:提出一種拉伸強(qiáng)度不低于1900MPa，斷裂韌度大于9 (MPa λ/τ?ι的 超高強(qiáng)度鋼材及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明屬于新材料發(fā)明，涉及一種新型材料成分及制備方 法。
[0007] 提供一種超高強(qiáng)度鋼材，該鋼材由(：、〇、(：0、附、10、￥^6元素組成，其中元素(：、 Cr、Co、Ni、Mo、V、W的質(zhì)量百分比為0· 1~0.3%、6~16%、8~17%、2~10%、1~7%、0~ 0 · 8 %、0~3 % ·余量為Fe元素。
[0008] 所述的超高強(qiáng)度鋼材在制備后可能會(huì)含有雜質(zhì)，但雜質(zhì)的質(zhì)量百分含量很小，具 體如下所示：Si含量小于0 . 1 %、Mn含量小于0.1 %、A1含量小于0.01 %、Ti含量小于 0.015 %、S含量小于0.005 %、P含量小于0.008 %、Cu含量小于0.2 %、La含量小于0.2 %、Nb 含量小于0.3%。
[0009] 上述的超高強(qiáng)度鋼材的制備方法如下：
[0010] 步驟1、選取高純爐料，所述的高純爐料包括純金屬Co、純金屬Cr、純金屬M(fèi)o、純金 屬Ni、純金屬V、純金屬Nb、純金屬W以及純金屬Fe，且上述的所有純金屬元素的純度均不低 于 99 · 5 % ;(雜質(zhì)元素要求是：為S<0.001%，P<0.002%，Mn<0.1%，Si<0.1%;)
[0011]步驟2、采用真空感應(yīng)爐對(duì)步驟1中的高純爐料進(jìn)行熔煉，熔化溫度為1490 °C~ 1530°C，爐內(nèi)抽真空的真空度不高于5Pa;
[0012 ]步驟3、熔煉后將爐料澆鑄成電級(jí)棒，再將電級(jí)棒脫模緩冷；
[0013 ]步驟4、利用機(jī)加工對(duì)電級(jí)棒扒皮，扒皮厚度為15_~25_;
[0014] 步驟5、采用真空自耗熔煉爐對(duì)扒皮后的電級(jí)棒進(jìn)行重熔，重熔步驟具體為:首先 焊接電極棒;然后將爐內(nèi)抽真空至真空度<〇.5Pa;之后，起弧，電流為1~1.5萬(wàn)安培;再后， 進(jìn)行熔煉，熔煉速度為350~440kg/h，電流為0.9~1.3萬(wàn)安培，電壓為22V~26V;最后，澆鑄 并脫模緩冷得到鋼錠；
[0015] 步驟6、對(duì)脫模緩冷后的鋼錠扒皮，扒皮厚度為15mm~25mm;
[0016] 步驟7、將扒皮后的鋼錠在爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度為1150 °C~1160 °C，透燒后保 溫2小時(shí)；
[0017] 步驟8、在鍛機(jī)上對(duì)加熱后的鋼錠進(jìn)行兩次鐓拔，鐓拔溫度均為1140°C~1150°C， 兩次鐓拔的終鍛溫度2 900°C，鐓拔后緩冷至環(huán)境溫度;其中，第一次鐓拔的鍛比為10~12， 第二次鐓拔的鍛比為13~15,鋼錠經(jīng)兩次鐓拔后成為鋼棒；
[0018] 步驟9、在鍛機(jī)上將所述的鋼棒鍛造為鍛件，鍛造溫度為1140°C~1150Γ，終鍛溫 度2 900°C，鍛后緩冷至環(huán)境溫度，將鍛造后的鍛件加熱至680°C~700°C，保溫時(shí)間為8~16 小時(shí)，并通過(guò)空氣冷卻進(jìn)行退火處理；
[0019] 步驟10、預(yù)備熱處理:將鍛造后的鍛件加熱至1080°C，保溫1小時(shí)后空冷至環(huán)境溫 度，再加熱至680°C~700°C，保溫8~16小時(shí)后空冷至環(huán)境溫度；
[0020] 步驟11、最終熱處理:將鍛件加熱至1080°C±10°C，保溫60min~75min后進(jìn)行油淬 火;在淬火完成后8小時(shí)內(nèi)進(jìn)行冷處理，冷處理溫度為_(kāi)73°C±8°C，保溫時(shí)間不小于2小時(shí)， 之后在自然狀態(tài)下回溫至環(huán)境溫度;再對(duì)鍛件進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為540°C~550°C ±3°C，保溫時(shí)間為4~5小時(shí)，之后空氣冷卻至環(huán)境溫度。
[0021] 本發(fā)明的剛材，其測(cè)試的力學(xué)性能為拉伸性能和斷裂韌度，拉伸強(qiáng)度不低于 1900MPa，斷裂韌度大于
，
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：使用本發(fā)明方法制備的新型超高強(qiáng)度鋼S280,強(qiáng)度（〇b)大于 1900MPa，斷裂韌度(Κκ)大于
，可用于制造先進(jìn)武器裝備要求強(qiáng)度高、耐腐蝕的重 要承力件。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種新型材料成分及制備方法。提供一種超高 強(qiáng)度鋼材，該鋼材由(：、0、(：〇、附、1〇、￥、1小6元素組成，其中元素(：、0、(：〇、附、1〇、￥、1的質(zhì)量 百分比為0.1~0.3%、6~16%、8~17%、2~10%、1~7%、0~0.8%、0~3%.余量為卩〇元 素。
[0024] 所述的超高強(qiáng)度鋼材在制備后可能會(huì)含有雜質(zhì)，但雜質(zhì)的質(zhì)量百分含量很小，具 體如下所示：Si含量小于0 . 1 %、Μη含量小于0.1 %、A1含量小于0.01 %、Ti含量小于 0.015 %、S含量小于0.005 %、P含量小于0.008 %、Cu含量小于0.2 %、La含量小于0.2 %、Nb 含量小于0.3%。
[0025]上述的超高強(qiáng)度鋼材的制備方法如下：
[0026 ] 步驟1、選取高純爐料，所述的高純爐料包括純金屬Co、純金屬Cr、純金屬M(fèi)o、純金 屬Ni、純金屬V、純金屬Nb、純金屬W以及純金屬Fe，且上述的所有純金屬元素的純度均不低 于 99 · 5 % ;(雜質(zhì)元素要求是：為S<0.001%，P<0.002%，Mn<0.1%，Si<0.1%;)
[0027] 步驟2、采用真空感應(yīng)爐對(duì)步驟1中的高純爐料進(jìn)行熔煉，熔化溫度為1490 °C~ 1530°C，爐內(nèi)抽真空的真空度不高于5Pa;
[0028] 步驟3、熔煉后將爐料澆鑄成電級(jí)棒，再將電級(jí)棒脫模緩冷；
[0029 ]步驟4、利用機(jī)加工對(duì)電級(jí)棒扒皮，扒皮厚度為15_~25_;
[0030]步驟5、采用真空自耗熔煉爐對(duì)扒皮后的電級(jí)棒進(jìn)行重熔，重熔步驟具體為:首先 焊接電極棒;然后將爐內(nèi)抽真空至真空度<〇.5Pa;之后，起弧，電流為1~1.5萬(wàn)安培;再后， 進(jìn)行熔煉，熔煉速度為350~440kg/h，電流為0.9~1.3萬(wàn)安培，電壓為22V~26V;最后，澆鑄 并脫模緩冷得到鋼錠；
[0031 ]步驟6、對(duì)脫模緩冷后的鋼錠扒皮，扒皮厚度為15mm~25mm;
[0032]步驟7、將扒皮后的鋼錠在爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度為1150 °C~1160°C，透燒后保 溫2小時(shí)；
[0033]步驟8、在鍛機(jī)上對(duì)加熱后的鋼錠進(jìn)行兩次鐓拔，鐓拔溫度均為1140°C~1150°C， 兩次鐓拔的終鍛溫度2 900°C，鐓拔后緩冷至環(huán)境溫度;其中，第一次鐓拔的鍛比為10~12， 第二次鐓拔的鍛比為13~15,鋼錠經(jīng)兩次鐓拔后成為鋼棒；
[0034]步驟9、在鍛機(jī)上將所述的鋼棒鍛造為鍛件，鍛造溫度為1140°C~1150Γ，終鍛溫 度2 900°C，鍛后緩冷至環(huán)境溫度，將鍛造后的鍛件加熱至680°C~700°C，保溫時(shí)間為8~16 小時(shí)，并通過(guò)空氣冷卻進(jìn)行退火處理；
[0035] 步驟10、預(yù)備熱處理:將鍛造后的鍛件加熱至1080°C，保溫1小時(shí)后空冷至環(huán)境溫 度，再加熱至680°C~700°C，保溫8~16小時(shí)后空冷至環(huán)境溫度；
[0036] 步驟11、最終熱處理:將鍛件加熱至1080°C±10°C，保溫60min~75min后進(jìn)行油淬 火;在淬火完成后8小時(shí)內(nèi)進(jìn)行冷處理，冷處理溫度為_(kāi)73°C±8°C，保溫時(shí)間不小于2小時(shí)， 之后在自然狀態(tài)下回溫至環(huán)境溫度;再對(duì)鍛件進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為540°C~550°C ±3°C，保溫時(shí)間為4~5小時(shí)，之后空氣冷卻至環(huán)境溫度。
[0037] 實(shí)施例1:S280成分1制備 [0038] 制備步驟如下：
[0039] 步驟1、選取高純爐料，所述的高純爐料包括純金屬Co、純金屬Cr、純金屬M(fèi)o、純金 屬Ni、純金屬V、純金屬W以及純金屬Fe，且上述的所有純金屬元素的純度均不低于99.5%; (雜質(zhì)元素要求是：為S<0.001%，P<0.002%，Mn<0.1%，Si<0.1% ;)
[0040]步驟2、真空感應(yīng)熔煉;采用國(guó)產(chǎn)200kg真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉;熔煉溫度為1520°C ; 爐內(nèi)抽真空，真空度為4Pa;
[0041 ]步驟3、澆鑄成Φ 200mm電級(jí)棒;鋼錠脫模緩冷；
[0042] 步驟4、利用機(jī)加工對(duì)電級(jí)棒扒皮，