[发明专利]一种纳米结构的超高强度双相钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于超高强度钢技术领域。具体涉及一种纳米结构的超高强度双相钢及其制造方法。

背景技术

通常认为，抗拉强度超过1500N/mm²的合金结构钢为超高强度钢。超高强度钢是在合金结构钢的基础上发展起来的，通过特殊的合金成分和热处理工艺设计，已达到超高的强度级别，主要用于制造飞机起落架和主梁、固体火箭发动机壳体、高速离心机旋转筒体和其他承受高应力的结构部件。传统的超高强度钢通常按化学成分和强韧化机制分为：

(1)低合金超高强度钢，是在合金调质钢基础上发展起来的，其w_C＝0.30％～0.45％，w_Me＝5％左右。常加入的合金元素有Ni、Cr、Mo、V、Ti、Nb、Al、Si、Mn等，其作用是提高钢的淬透性、固溶强化、细化晶粒和提高回火马氏体与铁素体的稳定性。通过淬火和回火或者等温淬火处理，可获得回火马氏体或下贝氏体+回火马氏体的混合组织。这类钢虽然具有较高的强度和一定的塑性，但由于其中不含残留奥氏体，其塑性远小于TRIP钢(相变诱导塑性钢)和DP钢(双相钢)。

(2)二次硬化型超高强度钢，系指通过淬火+高温回火后，析出特殊合金碳化物而达到弥散强化(二次硬化)效果的超高强度钢。主要包括Cr-Mo-V型中碳中合金马氏体热作模具钢、高韧性9Ni-4Co型和10Ni-14Co型高韧性超高强度钢。这类钢含有非常高的贵重金属Ni、Co等合金元素，合金成本昂贵。

(3)马氏体时效钢，即18Ni超低碳马氏体时效钢。它是铁-镍基超低碳高合金超高强度钢。通过马氏体相变和时效析出金属间化合物而达到强化效果的超高强度钢。这类钢一般采用真空感应炉熔炼加真空自耗炉重熔的双真空冶炼工艺，该工艺复杂，而且钢中含有非常高的贵重金属Ni、Mo等合金，合金和生产成本昂贵。

(4)超高强度不锈钢，它是在不锈钢基础上发展起来的，具有较高的强度和耐蚀性。依据其组织和强化机制的不同，也可分为马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢等。这类钢含有很高的Ni、Cr等合金，故其价格也很昂贵。

纳米结构的贝氏体钢，由于其显微组织为纳米板条贝氏体，加上存在大量的残留奥氏体，具有超高的强度、优良的塑性和良好的冲击韧性，其综合机械性能优异。经对现有的文献和专利检索发现，英国剑桥大学的F.G.Caballero、H.K.D.B.Bhadeshia等人在“Very Strong Bainite，Current Opinion in Solid and Materials Science，8(2004)：p.251-257.”、“Carbon supersaturation of ferrite in a nanocrystalline bainitic steel，Acta Materialia，58(2010)：p.2338-2343.”等文章中阐述了纳米贝氏体钢的制备工艺，获得超高强度纳米结构贝氏体钢。高碳、高硅钢在低温(200～300℃)进行长时间等温转变可以获得极细小的贝氏体组织，具有超高强度和良好韧性，已经申请多项专利，比如“METHOD FOR PRODUCING AN IMPROVEDBAINITIC STEEL”(EP 1200638(A1))、“A steel and a heat treatment for steels”(GB2352726(A))、“HIGH STRENGTH BAINITIC STEEL FOR OCTG APPLICATIONS”(WO2009065432(A1))等专利技术。但其缺点是热处理时间长(几天甚至更长)，即使增加增高γ→α自由能的元素Co和(或)Al，也需要数天时间，热处理工艺周期长。