[发明专利]一种超高强度、高韧性马氏体时效钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料，具体地说，本发明涉及工程材料用超高强度钢，更具体地 说，本发明涉及一种超高强度、高韧性马氏体时效钢及其制造方法。

背景技术

工程材料中将σ_0.2≥1400Mpa的钢种称为超高强度钢。超高强度钢主要有低合金超 高强度钢、马氏体时效钢和二次硬化钢。目前，马氏体时效钢的研制、应用，得到了 更大的发展，由于其屈强比大于0.95，相同强度级别时δ、ψ、A_k、K_1C比低合金结构 钢高，裂纹扩展能力强，高温强度、缺口强度高，弹性模量高，耐应力腐蚀性能好， 热处理工艺简单、无脱碳问题、热处理时尺寸稳定、变形小，固溶后硬度HRC达到28-35， 它为低碳马氏体，几乎没有加工硬化现象，冷变形过程可不用软化处理，且具有优良 的焊接性能，焊前不用预热，焊后不用退火，不需中间退火，可用于制造火箭发动机 壳体、齿轮、飞机起落架、弹性体、模具、刀具等零件。

常用马氏体时效钢采用的合金化体系为：17～19％Ni-7～13％Co-4.5～5.5％Mo- 0.3～1.5％Ti-0.05～0.15％Al。超高强度马氏体时效钢中用途最多的是C250钢，该钢抗 拉强度σb为1760～1920Mpa、延伸率δ为7～10％、冲击功Ak为30～40J，但该钢含 7～9wt％的钴，成本较高，仅适用于尖端技术领域，限制了它的普及应用。同时由于 其塑、韧性低，冷变形加工后形成的薄壁件塑性将进一步降低，如某薄壁筒体经80％ 冷变形量后延伸率只有5％以下，其应用因此而受到很大限制。

因此，研制一种低成本的马氏体时效钢，其性能(强度、塑韧性)基本达到或超 过C250钢的性能水平，用以代替高成本的含钴C250钢，是非常必要的。

经检索发现，目前国内外有以下一些专利文献涉及马氏体时效钢：

CN85107993公开了一种马氏体时效钢，它不含钴，但钼含量较高，为6～7.3wt％， 增加了原料成本，且该钢韧性较低。CN1182141公开了一种少镍无钴马氏体时效钢， 该钢尽管减少了镍的含量，但其强度有所下降，抗拉强度1500MPa左右，屈服强度 1480左右，其力学性能未达到C250钢的水平。CN1036044提供了一种高韧性马氏体 时效钢，它含钴11～13wt％，含钼3.9～4.9wt％，利用Co可以无限固溶于基体中，降低 Mo在基体中的溶解度，促进Mo形成金属间化合物，提高钢的强度，该钢的强度达到 2000MPa，另外Co固溶于基体后，使基体中的位错增加，为析出相析出提供尽可能均 匀分布的形核位置，使析出相更为细小均匀，因而提高了钢的塑韧性，但其成本较高。 CN101100728A涉及一种节镍型无钴马氏体时效超高强度钢，它含铬3.75～5.25wt％， 镍11.5～14.5wt％，钼2.25-3.75wt％，钛1.2-1.6wt％，它是镍铬钼钛合金化体系，屈服 强度和塑韧性较低。

考虑到马氏体时效钢不仅应具有高强度、高塑韧性等特点，而且因成本低廉等因 素，本发明者进行了化学成分配比及冶炼工艺的研究，设计出了一种不含钴的超高强 度、高韧性马氏体时效钢，从而完成了本发明。

本发明的一个目的在于提供一种超高强度、高韧性马氏体时效钢。

本发明的另一个目的在于提供这种马氏体时效钢的制造方法。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种超高强度、高韧性马氏体时效钢，该马氏体时效钢 的化学成分包含：C≤0.03wt％、Mn≤0.10wt％、Si≤0.10wt％、S≤0.005wt％、P≤ 0.010wt％、Ni：17.50～20.50wt％、Mo：2.00～4.00wt％、Ti：1.00～1.75wt％、Al： 0.05～0.15wt％、B：0.0005～0.002wt％、Zr+Ca：0.005～0.10wt％，余量为Fe和不可避 免的杂质。

下面，对所述马氏体时效钢的一些化学成分的作用作详细叙述。

Ni可与强化元素结合形成强化相，但Ni含量过多，Ms点降低，冷却时会形成残 余奥氏体，时效时强度降低.