[发明专利]抗环境脆性及疲劳性能优良的超高强度钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及到超高强度钢板及其制造方法，特别涉及一种抗环境脆性及疲劳性能优良的超高强度钢板及其制造方法，钢板抗拉强度≥1350MPa、屈服强度≥1150MPa、延伸率≥8％及0℃夏比冲击韧性≥34J。

背景技术

众所周知，环境脆性与低疲劳性能(表现为疲劳极限随强度的升高发生离散分布状态，并出现低疲劳极限值)是超高强度钢板使用的两大世界性技术难题，为确保超高强度钢板使用过程中的安全可靠性，日本、韩国、欧盟、美国等发达国家把改善超高强度钢的环境脆性与疲劳性能作为新一代超级钢铁结构材料研究的核心问题之一加以研究，并尽力抢占该技术领域的制高点，中国“973”计划中也把改善超高强度钢的环境脆性与疲劳性能的研究作为重点推进工作，力争取得脱破；因此，改善超高强度钢的环境脆性与疲劳性能及低成本制造技术是新一代超级钢发展的方向。

现有抗拉强度1200MPa～1500MPa级别钢，主要成分体系为中C-Cr-Mo系与C-Cr-Mo-Ni系，代表牌号为35CrMo(VNb)、42CrMo(VNb)、40CrNiMo、AISI4340(40CrNiMo)、AISI4135(SCM435)等，在生产工艺上采用油淬+高温回火工艺生产；虽然钢获得超高强度，但是生产成本较高，易造成严重的环境污染(油淬所致)，更重要的是该类钢种存在以下致命缺点：

A.韧性不足，钢的强韧性、强塑性匹配性很差；参见《清华大学贝氏体钢研究及推广中心资料》；

B.疲劳极限离散，导致超高强度钢抗疲劳性能下降；参见《日本机械学会论文集》，1898，45～50；《高强度及超高强度钢》，机械工业出版社，1988，98)；

C.延迟断裂抗力低下，对环境脆性敏感。(参见《热处理》，1995，35(3)，133～137；《日刊工业新闻》，1989，67)。

为改善超高强度钢上述3个致命缺陷，北京钢铁研究总院采用在42CrMo钢的基础上提高钼含量和添加钒，使得该钢在550℃以上温度回火时仍能获得1500MPa级的强度水平；同时具有良好的塑韧性；通过降低磷、硫、硅和锰的含量，并利用钒的MC型碳化物的氢陷阱作用及钒、铌的细化晶粒作用改善了钢的耐延迟断裂性能；通过降低磷、硫、硅和锰等元素的含量改善了钢的冷加工性能。(参见《钢铁研究学报》，2003(4)，30～33；钢铁，2002(3)，37～42；《机械工程材料》，2002(11)，1；《机械工程材料》，2001(3)，28)。

西北工业大学的康沫狂教授通过合理的合金化，在加入含有阻碍碳化物析出元素(如铝、硅)的钢中，贝氏体组织在转变过程中出现明显的阶段性，转变的初期阶段，形成的贝氏体由贝氏体铁素体(BF)和分布于BF基体片条之间和BF基体片条内的残余奥氏体(AR)组成，康沫狂等称之为“准贝氏体”组织；当残余奥氏体(AR)分布于BF基体片条之间时称为准上贝氏体，分布于BF基体之上时称为准下贝氏体，准贝氏体钢中的贝氏体铁素体(BF)是碳的过饱和固溶体，具有较高的强度和韧性；准贝氏体钢组织中虽然没有碳化物的弥散强化，但准贝氏体组织中的贝氏体铁素体固溶强化可以达到很高的级别；由于贝氏体转变的强韧性不决定于其形状，主要决定于是否有碳化物析出和残余奥氏体的稳定性，因此形成无碳化物贝氏体和残余奥氏体并保持奥氏体组织稳定性能实现准贝氏体钢高的强韧性，显著改善典型贝氏体组织的强韧性，为发展贝氏体钢开辟了新的途径。(参见《金属热处理》，1995，12，4～5；《钢铁》，2000，35(2)，47～50；《兵器材料科学与工程》，2002，(1)，61；《兵器材料科学与工程》，1998，(3)，60)。

清华大学方鸿生教授采用特殊的贝氏体显微组织设计，改善中碳超高强度钢的强韧性匹配、抗环境脆性及疲劳性能，但是钢的韧性仍然较低，对钢在使用过程中存在较大的风险。参见中国专利CN86103009、CN03150091.9、CN98124899.3、ZL03124268、ZL200610078770、ZL00124468。

发明内容