[发明专利]一种超高强度钢材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料发明技术，涉及一种新型超高强度钢材及其制备方法。

背景技术

当前人们在超高强度钢设计方面，更注重抗应力腐蚀性能。由于先进飞机机动性更强，可在任何条件下飞行，抗应力腐蚀性能尤为重要。必须结合海洋和气候特点重点突出耐腐蚀性能。迫切需要既有超高强(σ_b≥1900MPa)、耐腐蚀性等同于不锈钢(零件取消电镀，降低零件的维护成本)。以制造重量轻、可靠性高、寿命长的起落架等关键承力构件。目前使用的PH13-8Mo等第二代不锈钢强度较低，限制了其使用范围。300M、AerMet100等同属结构钢，强度很高，但对应力腐蚀和氢脆比较敏感，由于上述原因，用其制造的零件必须采用电镀进行表面防护，不利于环境保护，增加了零件发生氢脆断裂的可能性，增大了零件维护的成本。国外研制出强度与300M和AerMet100相当，耐腐蚀性能等同于 15-5PH的超高强度钢S53，但S53断裂韧度较低，材料规范要求断裂韧度为保证材料具有优良的抗疲劳性能，断裂韧度(K_IC)应不低于

本发明提出一种新型材料成分及制备方法。采取本发明方法制造的新型结构材料，其拉伸强度不低于1900MPa,断裂韧度大于

目前国内外没有该新型超高强度钢成分及制备的方法，也未检索到国际上该材料成分及制备技术的公开文献。

发明内容

本发明的目的是：提出一种拉伸强度不低于1900MPa,断裂韧度大于的超高强度钢材及其制备方法。

本发明的技术方案是：本发明属于新材料发明，涉及一种新型材料成分及制备方法。

提供一种超高强度钢材，该钢材由C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W、Fe元素组成，其中元素C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W的质量百分比为0.1～0.3％、6～16％、8～17％、2～10％、1～7％、0～0.8％、0～3％.余量为Fe元素。

所述的超高强度钢材在制备后可能会含有杂质，但杂质的质量百分含量很小，具体如下所示：Si含量小于0.1％、Mn含量小于0.1％、Al含量小于0.01％、 Ti含量小于0.015％、S含量小于0.005％、P含量小于0.008％、Cu含量小于0.2％、 La含量小于0.2％、Nb含量小于0.3％。

上述的超高强度钢材的制备方法如下：

步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金属Mo、纯金属Ni、纯金属V、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元素的纯度均不低于99.5％；(杂质元素要求是：为S≤0.001％,P≤ 0.002％,Mn≤0.1％,Si≤0.1％；)

步骤2、采用真空感应炉对步骤1中的高纯炉料进行熔炼，熔化温度为 1490℃～1530℃，炉内抽真空的真空度不高于5Pa；

步骤3、熔炼后将炉料浇铸成电极棒，再将电极棒脱模缓冷；

步骤4、利用机加工对电极棒扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；

步骤5、采用真空自耗熔炼炉对扒皮后的电极棒进行重熔，重熔步骤具体为：首先焊接电极棒；然后将炉内抽真空至真空度≤0.5Pa；之后，起弧，电流为1～ 1.5万安培；再后，进行熔炼，熔炼速度为350～440kg/h,电流为0.9～1.3万安培，电压为22V～26V；最后，浇铸并脱模缓冷得到钢锭；

步骤6、对脱模缓冷后的钢锭扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；

步骤7、将扒皮后的钢锭在炉中进行加热，加热温度为1150℃～1160℃，透烧后保温2小时；

步骤8、在锻机上对加热后的钢锭进行两次镦拔，镦拔温度均为1140℃～ 1150℃，两次镦拔的终锻温度≥900℃，镦拔后缓冷至环境温度；其中，第一次镦拔的锻比为10～12，第二次镦拔的锻比为13～15，钢锭经两次镦拔后成为钢棒；

步骤9、在锻机上将所述的钢棒锻造为锻件，锻造温度为1140℃～1150℃，终锻温度≥900℃，锻后缓冷至环境温度，将锻造后的锻件加热至680℃～700℃，保温时间为8～16小时，并通过空气冷却进行退火处理；

步骤10、预备热处理：将锻造后的锻件加热至1080℃，保温1小时后空冷至环境温度，再加热至680℃～700℃，保温8～16小时后空冷至环境温度；