[发明专利]硬化马氏体钢、使用其制备组件的方法及由此方法获得的组件

说明书

技术领域

本发明涉及马氏体钢，其通过双工系统(duplex system)进行硬化，即通过使用钢的合适组合物和热时效工序所得的金属间化合物和碳化物的析出进行硬化。

背景技术

这种钢必须具有：

-非常高的机械强度，但同时还需要具有高韧性和延性，即脆性断裂敏感性低；必须在高温下(即达至400℃的温度)保持非常高的强度；

-良好的疲劳性能，特别是其不含有有害夹杂物，例如TiN和氧化物；该特征必须通过合适的组成以及小心地控制熔融金属的生产条件而获得。

而且，其必须是表面可硬化(case-hardened)和可氮化的，以便可以硬化其表面，赋与该表面高耐磨性。

这种钢主要应用在传动轴的生产，尤其是用于飞机发动机。

在本中请中，优异的高温机械强度的要求不允许使用碳钢，其强度从200℃开始退化。常规使用的为马氏体时效钢，其在高达350～400℃的温度下具有良好强度。在温度超过此范围的情况下，可进行回火工序，以改变其结构。

文件US-A-5,393,388提出了一种钢组合物，其用于改善耐热性，以及尤其用于改善疲劳性能、延性和韧性。该组合物的缺点在于需要具有高Co含量(8～16％)，这导致钢价格高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供能够用于尤其是生产机械组件(例如是传动轴或结构部件)的钢，其具有进一步改善的在高温下的机械强度，以及具有使其仍然适于这些用途的疲劳性能以及脆度。目的是使这种钢的生产成本低于现有用于这些用途的最具功效的钢。

因此，本发明涉及一种钢，其特征在于含有下列以重量百分比表示的组成：

-C＝0.18～0.30％

-Co＝5～7％

-Cr＝2～5％

-Al＝1～2％

-Mo+W/2＝1～4％

-V＝痕量～0.3％

-Nb＝痕量～0.1％

-B＝痕量～50ppm

-Ni＝10.5～15％且Ni≥7+3.5Al

-Si＝痕量～0.4％

-Mn＝痕量～0.4％

-Ca＝痕量～500ppm

-稀土元素＝痕量～500ppm

-Ti＝痕量～500ppm

-O＝痕量～200ppm(如果钢是通过粉末冶金法获得的)或O＝痕量～50ppm(如果钢于空气中或真空下由熔融金属制备所得)

-N＝痕量～100ppm

-S＝痕量～50ppm

-Cu＝痕量～1％

-P＝痕量～200ppm

其余的为铁和生产过程中不可避免的杂质。

优选其含有C＝0.20～0.25％。

优选其含有Cr＝2～4％。

优选其含有Al＝1～1.6％，更优选1.4～1.6％。

优选其含有Mo≥1％。

优选其含有Mo+W/2＝1～2％。

优选其含有V＝0.2～0.3％。

优选其含有Nb＝痕量～0.05％。

优选其含有Si＝痕量～0.25％，更优选痕量～0.10％。

优选其含有Mn＝痕量～0.25％，更优选痕量～0.10％。

优选其含有Ti＝痕量～100ppm。

优选其含有O＝痕量～10ppm。

优选其含有N＝痕量～50ppm，更优选痕量～10ppm。

优选其含有S＝痕量～10ppm，更优选痕量～5ppm。

优选其含有P＝痕量～100ppm。

优选地，其马氏体转变温度Ms大于或等于140℃，且Ms＝550-350×C％-40×Mn％-17×Cr％-10×Mo％-17×Ni％-8×W％-35×V％-10×Cu％-10×Co％+30×Al％℃。

本发明还涉及由钢制备组件的方法，其特征在于包括下列步骤，用于在组件完工前为组件提供明确的形状：

-制备具有上述组成的钢；

-锻造此钢；

-在600～675℃进行4～20小时软化回火工序，其后于空气中进行冷却；

-在900～1000℃进行至少1小时的溶液加热处理，其后迅速在油或空气中进行冷却，以防止奥氏体基体中晶粒间碳化物的析出；

-任选于-50℃或以下，优选-80℃或以下，进行低温处理工序，使所有奥氏体转变成马氏体，温度比Ms低200℃或更多，至少一个处理工序持续至少2个小时；

-任选于150℃～250℃对所得的马氏体进行4～16小时软化处理工序，然后于静止的空气中进行冷却；