專利名稱：高強(qiáng)高韌鋼的制作方法
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。
諸如承受沖擊載荷的零部件，要求所采用的材料必須具有良好的強(qiáng)韌性配合和較高的抗剪切失穩(wěn)能力，即要求材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性，以及較低的屈強(qiáng)比。表1列出了幾種常表1幾種常用超高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能
用的超高強(qiáng)度鋼的抗拉強(qiáng)度(σb)屈強(qiáng)比(σ0.2/σb)和斷裂韌性(KIC)。
從表1看出，低合金超高強(qiáng)度鋼的主要缺點(diǎn)是斷裂韌性較低。馬氏體時(shí)效鋼的不足是屈強(qiáng)比太高，抗剪切失穩(wěn)能力差。二次硬化馬氏鋼中的HP9-4-20、Hy180和AF1410的強(qiáng)度均較低，而AerMet100雖具有高的強(qiáng)度，但KIC較低，均不夠理想(EP390468、US3502462、US3338709、US4076825)。
本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性高、屈強(qiáng)比低和綜合性能良好的高強(qiáng)高韌鋼。
基于上述目的，本發(fā)明的主要技術(shù)方案是在低碳的鐵-鎳-鈷合金中加入鉻、鉬、鈮、鈦、鋁和稀土元素，形成二次硬化馬氏體鋼。其具體的化學(xué)成分(wt%)為C0.20～0.27，Ni8～10，Co8～11，Mo0.5～2，Cr1～4，Nb0.01～0.05，Ti0.005～0.05，Al0.005～0.05，RE0.002～0.15，余為Fe;另外，要求S、P＜50ppm，N＜15ppm，O＜20ppm，Si≤0.10，Mn≤0.10化學(xué)成分的設(shè)計(jì)依據(jù)如下C與Cr、Mo等元素形成碳化物，提高鋼的硬度和抗拉強(qiáng)度，并降低鋼的屈強(qiáng)比。但過多的C會(huì)造成斷裂韌性降低，C含量至少為0.20%，上限不超過0.27%。
Ni提高鋼的淬透性，改善基體韌性，并降低鋼的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度;而過多的Ni將導(dǎo)致C的石墨化傾向，并使淬火組織中殘余奧氏體量增加，Ni含量至少為8%，不超過10%。
Co一方面通過固溶強(qiáng)化提高鋼的硬度和強(qiáng)度;另一方面，Co又延遲位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的回復(fù)，使碳化物在位錯(cuò)線附近形核，細(xì)化析出相。但過多的Co將使屈強(qiáng)比提高，而且使鋼的成本大幅度上升，故Co控制在8～11%較為合適。
Mo在鋼中與碳結(jié)合產(chǎn)生二次硬化，而過多的Mo將導(dǎo)致鋼的韌性明顯下降，所以Mo不超過2%，下限不少于0.5%。
Cr在1～4%的范圍內(nèi)，可以改善鋼的韌性，并與Mo一起產(chǎn)生二次硬化。
少量Nb和Ti能有效地細(xì)化晶粒。Ti還能改變夾雜物的類型，提高其空穴形核抗力，改善鋼的韌性。RE則通過改善夾雜物的形態(tài)和分布，對(duì)鋼的韌性產(chǎn)生有利影響。
同時(shí)，為了獲得良好的強(qiáng)韌性配合，必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素的含量，其中P、S以不超過50ppm為宜，O不超過20ppm，N不超過15ppm。
本發(fā)明鋼采用真空感應(yīng)爐冶煉加真空自耗爐重熔的熔煉工藝。熔煉后鋼錠應(yīng)在1200℃下進(jìn)行均質(zhì)化處理，隨后在850～1170℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工，熱加工后在850～900℃溫度下保溫，進(jìn)行正火處理，然后在800～900℃溫度之間進(jìn)行固溶處理，最后在480～510℃范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理。
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(qiáng)度和斷裂韌性，而且還具有較低的屈強(qiáng)比。其拉抗強(qiáng)度σb≥1715MPa，σ0.2≥1490MPa，KIC≥135MPa m，σ0.2/σb≤0.89。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅抗拉強(qiáng)度高，而且斷裂韌性好，屈強(qiáng)比低，經(jīng)濟(jì)效果好。
實(shí)施例根據(jù)所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分范圍，在50kg真空感應(yīng)爐上冶煉了4爐本發(fā)明鋼，其具體的化學(xué)成分如表2所示。
表2實(shí)施例化學(xué)成分(wt%)
續(xù)表2
鋼錠經(jīng)1200℃，4小時(shí)均質(zhì)化處理后，在1170℃溫度下開坯，再加熱至985℃，一次鍛造成試樣毛坯，試樣機(jī)加工前經(jīng)900℃、1小時(shí)正火處理，然后在650℃保溫6小時(shí)進(jìn)行軟化處理，試樣加工后在840℃溫度下進(jìn)行固溶處理，之后在480℃溫度下進(jìn)行時(shí)效處理。所有試樣在時(shí)效后加工至最終尺寸。
試樣在室溫下分別進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)和斷裂韌性試驗(yàn)，所得結(jié)果列入表3。
為了對(duì)比，將AF140、AerMet100合金的有關(guān)性能也列入了表3。
從表3看出，本發(fā)明具有與AF1410相近的KIC，但強(qiáng)度高于AF1410，且具有更低的屈強(qiáng)比;與AreMet100相比，本發(fā)明具有更高的斷裂韌性。
表2實(shí)施例與對(duì)比鋼號(hào)的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高韌鋼，其特征在于化學(xué)成分(wt%)為C0.20～0.27，Ni8～10，Co8～11，Mo0.5～2，Cr1～4，Nb0.01～0.05，Ti0.005～0.05，Al0.005～0.05，RE0.002～0.15，余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高韌鋼，其特征在于化學(xué)成分(wt%)中還要求Si≤0.10，Mn≤0.10，P＜50ppm，S＜50ppm，O＜20ppm，N＜15ppm。
全文摘要
本發(fā)明系高強(qiáng)高韌鋼。其化學(xué)成分(wt％)為C 0.20～0.27，Ni 8～10，Co 8～11，Mo 0.5～2，Cr 1～4，Nb 0.01～0.05，Ti 0.005～0.05，Al 0.005～0.05，RE 0.002～0.15，余為Fe，同時(shí)要求Si≤0.10，Mn≤0.10，S、P＜50ppm，O＜20ppm，N＜15ppm。本發(fā)明具有較高的強(qiáng)度和斷裂韌性，以及較低的屈強(qiáng)比。主要適用于承受沖擊載荷(特別是高速碰撞)的零部件。
文檔編號(hào)C22C38/14GK1075172SQ9310022
公開日1993年8月11日 申請(qǐng)日期1993年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月13日
發(fā)明者李 榮, 高銀露, 李殿坤, 蘇杰, 申輝旺 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院