[发明专利]碳强化高韧性耐蚀超高强度300MCr钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特别涉及一种碳强化高韧性耐蚀超高强度300MCr钢及制备方法，依靠碳（C）强化的经济型高韧性耐应力腐蚀超高强度钢300MCr。 

技术背景

在此之前，300M钢是世界范围内应用最为广泛的航空超高强度钢，在国内外的飞机上广泛应用，特别是飞机的起落架、螺栓等。如美国目前在役的军用飞机和民航客机90%以上的起落架材料采用300M钢制造，如F-15、F-16、C-17、Boeing767、Boeing747、Boeing787等，欧洲国家也广泛使用300M钢作为起落架材料，如空客A310、A330、A380等。随着大型飞机的快速发展，起落架结构的尺寸也越来越大，国外300M钢的生产规格亦不断扩大，如空客A380主起支柱采用的300M钢棒材直径达到Φ450mm。 

随着世界航空业的发展，客机逐步的大型化和安全可靠性的进一步提高，对关键的承力部件起落架材料提出了新的技术要求。满足在海洋大气环境中良好抗应力腐蚀性能是提高客机零部件环境寿命的重要指标。传统的300M钢由于较低的Cr含量（0.70-0.95%）和较低的K_ISCC（17-21MPam^1/2）,在应用中需要经过对人体有害的表面镀铬防护工艺，对环境造成危害。因此提高300M钢本体的抗应力腐蚀性能成为技术发展的急需。 

提高钢中的铬（Cr）含量是提高钢的耐腐蚀能力和改善抗应力腐蚀性能的一种途径，但对于中碳低合金的高铬（Cr）钢目前主要由于塑韧性很差，对回火脆性敏感，因此很少作为高强度结构件应用，主要应用局限在弹簧钢和耐热钢。因此在提高Cr含量的同时，保持良好的强韧性配合是技术关键。 

典型的低合金超高强度钢和高Cr弹簧钢耐热钢的成分及力学性能见表1和表2。 

表1典型低合金超高强度钢的化学成分（wt.%） 

表2典型低合金超高强度钢的室温力学性能 

注：热处理制度 

300M：870℃油冷+300℃空冷两次 

4340：840℃油冷+220℃空冷两次 

过去300M钢等低合金超高强度钢的强韧性配合较好，主要依靠中碳的马氏体相变强化，利用残余奥氏体获得较好的韧性，但由于基体中[Cr]较低，对应力腐蚀比较敏感，抗应力腐蚀性能较差；过去高Cr马氏体型低合金钢主要依靠中温回火屈氏体和合金碳化物强化，但强度无法提高，要获得超高强度需要低温回火但低温回火时塑韧性很差，且该类钢对回火脆性敏感。因此必须找到即具有较好强韧化配合方式又保证基体具有足够的[Cr]当量，获得良好的综合性能。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳强化高韧性耐蚀超高强度300MCr钢及制备方法，综合性能良好，在保持超高强度的同时具有较好的塑韧性和良好的抗应力腐蚀性能，同时具有良好的经济性和成本控制。 

根据上述目的，本发明整体的技术方案为： 

这种钢采用经济型的碳强化方式，即利用中碳的低温回火马氏体获得超高强度，利用含Ni奥氏体进行韧化获得较好的塑韧性，利用钢中的Si提高残余奥氏体的稳定性，提高钢中的[Cr]当量，获得较好的抗应力腐蚀性能。本发明不含有较为贵重的钴（Co）元素，较低的钼（Mo）含量，可以较好控制成本提高经济性。 

为达到上述目标，在目前的300M钢等低合金超高强度钢的基础上提高钢中[Cr]当量≥10，获得抗应力腐蚀性能；同时加入了较多的镍(Ni)元素，钢中[Ni]当量≥10，获得奥氏体和良好的塑韧性，较多的Si含量可以稳定奥氏体；同时控制20≤[Cr]+[Ni]≤35保证较高的强度和具有较好的强韧性匹配；特别采用淬火+深冷+低温回火的处理工艺，获得较好的综合力学性能。 

根据上述目的和整体的技术方案，本发明具体的技术方案为： 

该钢的化学成分组成（重量%）为：C0.35-0.45%，Cr10.0-14.0%，Ni0.5-3.5%， Si0.2-2.2%，Mn0.2-1.2%,Mo0.2-1.2%，V≤0.3%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。 

达到本发明上述目的和优点的钢，采用在典型低合金超高钢300M钢基础上提高Cr含量至10%以上以保证较好的抗应力腐蚀性能，同时为保证良好的塑韧性配合，控制钢中钢中[Ni]当量≥10，同时20≤[Cr]+[Ni]≤35，辅助深冷处理热处理技术，获得较高的强度。 

上述各化学元素的配比依据如下：