[发明专利]高强度四相合金钢

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及合金钢领域，尤其是高强度、高硬度、抗腐蚀和高延展性合金钢。本发明还涉及对合金钢进行加工使之具有一定的微结构并由此赋予该合金钢以特定物理特性和化学特性的方法。

2.技术背景

以下美国专利和已公开的国际专利申请记载了具有马氏体相与奥氏体相复合微结构的高强高硬合金钢，所有这些文献以引用的方式插入本文作为本申请文件的一部分。

4,170,497(Gareth Thomas和Bangaru V.N.Rao)，1979年10月9授权，1977年8月24申请；

4,170,499(Gareth Thomas和Bangaru V.N.Rao)，1979年10月9日授权，1978年9月14日申请，是上述1977年8月24申请的部分继续申请；

4,619,714(Gareth Thomas，Jae-Hwan Ahn和Nack-Joon Earn)，1986年10月28日授权，1984年11月29日申请，是1984年8月6日申请的部分继续申请；

4,671,827(Gareth Thomas，Nack J.Kim和Ramamoorthy Ramesh)，1987年6月9日授权，1985年10月11日申请，

6,273,968 B1(Gareth Thomas)，2001年8月14日授权，2000年3月28日申请；

6,709,534 B1(Grzegorz J.Kusinski，David Pollack和Gareth Thomas)，2004年3月23日授权，2001年12月14日申请；

6,746,548(Grzegorz J.Kusinski，David Pollack和Gareth Thomas)，2004年6月8日授权，2001年12月14日申请；

WO 2004/046400 Al(MMFX Technologies Corporation；Grzegorz J.Kusinski和Gareth Thomas，inventors)，2004年6月3日公开。

微结构是决定合金钢特性的重要因素。所述合金的强度和硬度不仅取决于合金元素的选择及含量，还取决于微结构中的晶相和它们的排布。用于某些环境的合金要求具有高强度和高硬度，有些还要求具有高延展性。特性的最佳组合往往需包含相互抵触的特性，这是因为贡献某一项特性的某些合金元素、微结构特征或这两者可能干扰另一项特性。

上述文献中揭示的合金是具有马氏体板条和奥氏体薄膜交替排列微结构的合金碳素钢。在有些情况下，马氏体中分散有自回火产生的碳化物沉淀。马氏体板条和奥氏体薄膜交替排列的排布方式被称为“位错化板条”结构，或简称为“板条”结构，这种排布方式是如下形成的：先将合金加热至奥氏体温度范围，然后冷却至马氏体转变起始温度M_s以下，所述马氏体转变起始温度即马氏体相开始形成的温度。这最后的冷却步骤使合金进入这样一个温度范围，即在该范围内奥氏体转化为马氏体-奥氏体板条结构，同时伴以诸如铸造、热处理、压延和煅造等标准冶金过程以形成所需形状的产品并进一步将板条结构调整为板条与薄膜交替的排布。这样的板条结构比孪晶马氏体更好，因为板条与薄膜交替排列的结构具有更高的硬度。上述专利还揭示：所述结构中马氏体区内的过量碳会在冷却过程中沉淀，形成渗碳体(碳化铁，Fe₃C)。这一沉淀过程即所谓的“自回火”。专利’968揭示：可通过限制合金元素的选择使得马氏体转变起始温度M_s达到350℃或以上来避免自回火。某些合金中，自回火产生的碳化物增加钢的硬度，而在另一些合金中则限制硬度提高。

板条结构形成既硬且韧的高强度合金钢，需要具有抗裂缝扩展性能和足够成形性的合金钢从而可用这样的钢制作出工程部件。控制马氏体相获得板条结构而非孪晶结构是达到必要的强度和硬度水平最有效的手段之一，同时，残留奥氏体薄膜则提高合金钢的延展性和成型性。可通过仔细选择合金组成(这会影响M_s值)和控制冷却过程以获得板条微结构而非孪晶结构。