[发明专利]一种梯度强化马氏体时效钢撞针及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种超高强高韧马氏体时效钢及其应用，其化学成分为(wt.％)：C：≤0.005％，Ni：17.5‑18.5％，Co：15.5‑16.5％，Mo：6.8‑7.2％，Ti：1.3‑1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量。采用本发明所述马氏体时效钢制备的梯度强化马氏体时效钢撞针，其使用寿命是传统材料撞针的10倍，具有优异的使用性能，具备广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于合金钢领域，具体提供一种梯度强化马氏体时效钢撞针及其制备方法。

背景技术

与高强度低合金钢相比，超高强度马氏体时效钢具有明显的性能优势，而由于其较高含量的合金元素，马氏体时效钢的材料成本同样很高。因此，如何充分利用马氏体时效钢的强度优势，降低结构材料的使用成本，是影响马氏体时效钢应用前景的关键。

对于制备撞针等高强度结构件的材料而言，要求材料在具有高强度的同时要兼顾较高的韧性，而对于传统的单一组织结构的材料而言，随着强度的提高势必会伴随着材料韧性的降低，即无法实现高强度和高韧性的兼顾。这一难题是影响马氏体时效钢结构件使用寿命的根本原因，因此，马氏体时效钢一直无法得到企业的认可而实现产业化应用。

因此，如何充分利用马氏体时效钢的合金化特点，调控马氏体时效钢的组织进而实现马氏体时效钢高强度和高韧性的兼顾，是提高马氏体时效钢结构件使用寿命的关键，也是影响马氏体时效钢应用前景的重要因素。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明在现有的超高强度马氏体时效钢基础上，通过优化合金元素配比，开发出一种抗拉强度达到2800MPa的超高强度马氏体时效钢，其化学成分为(wt.％)：

C：≤0.005％，Ni：17.5-18.5％，Co：15.5-16.5％，Mo：6.8-7.2％，Ti：1.3-1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量。该合金可用于制备射钉枪上的撞针。

本发明所述马氏体时效钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：真空熔炼—真空自耗—均匀化处理—锻造，其中：

真空熔炼：合金元素均以高纯度纯金属的形式加入，将配料置于真空感应炉中进行真空熔炼、Ca处理和真空脱气，严格控制钢中杂质元素含量，之后浇铸成铸锭。

真空自耗：将真空熔炼并浇铸成的钢锭加工成自耗电极，之后将自耗电极置于真空自耗电弧炉中完成真空自耗结晶重熔工艺过程。

均匀化处理：将自耗重熔以后浇铸成的钢锭置于热处理炉中，将热处理炉升温至1000-1200℃，保温15-25h。

锻造处理：均匀化处理后的钢锭进行锻造加工，锻造初始温度为1000-1250℃，终锻温度为700-900℃。

本发明所述的超高强度马氏体时效钢，其力学性能优异，σ_b≥2800MPa，σ_0.2≥2400MPa，δ≥9％，ψ≥30％。在制备的超高强度马氏体时效钢材料基础上，本发明提出了一种梯度强化马氏体时效钢撞针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：固溶处理—深冷处理—粗加工—梯度时效处理—精加工成型；其中：

固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；

深冷处理：液氮中保温不少于5h；

梯度时效处理：480-520℃梯度时效处理2h-4h(优选为500℃梯度时效处理2h)，空冷。