[发明专利]一种耐极端环境高强高韧低碳马氏体铸钢及制备方法

说明书

一种耐极端环境高强高韧低碳马氏体铸钢及制备方法,属于低碳合金铸钢热处理工艺技术领域。本发明通过相对简单易得的原料进行不同配比，采用真空熔炼进行浇注。经过一系列的热处理过程，得到高强高韧的低碳马氏体铸钢材料。优点在于，该铸钢在苛刻环境条件下，综合力学性能优异，具有优秀的强韧性配合，尤其是较高的低温塑性，以及较高的强度以及较低的缺口敏感性。该铸钢制备方法操作简单，节能环保，适合工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于低碳合金铸钢热处理工艺技术领域，特别涉及一种耐极端环境高强高韧低碳马氏体铸钢及制备方法。

背景技术

铸钢具有优良力学和物理化学性能，广泛应用于运输、矿山、石油、冶金、船舶等力学制造业中。作为一个铸钢件生产大国，仅2011年，中国全年铸钢件产量达到了1100万吨，涨幅达48％。同时，工业部门中许多关键的零部件由于形状和壁厚的原因，不宜轧制成形，需采用铸造成形的铸钢材料。可见，铸钢行业具有巨大的发展潜力和经济效益。恶劣的使用环境(相关武器装备零件，如某武器装备中叶轮运转时经受低温、重载、冲击等)对铸钢的性能提出了更高要求：在保证较高强度的同时，还要求铸钢具备良好的低温冲击韧性和焊接性。传统铸钢材料，其成分含较高的碳含量，高碳含量能提高钢的强度与硬度，但必然导致塑韧性差、焊接困难等问题，远不能满足铸钢材料的使用要求。

鉴于使用环境对铸钢低温冲击韧性及良好焊接性的苟刻要求，铸钢的设计朝着低碳方向发展成为一种必然趋势。低碳设计给高强高韧铸钢的熔铸带来困难，但熔铸技术的进步为这类铸钢的生产提供了技术基础和发展契机。低碳设计必然引起低碳铸钢的强度、硬度不足，为兼顾铸钢的制造成本因素，需要适当地控制合金元素总量，不能大量地加入合金元素。当低碳合金铸钢的成分一定时，准确控制热处理工艺便成为了设计高强韧铸钢的关键因素。

目前，在铸钢市场上应用的铸件按照组织分可分为三类：(1)铁素体加珠光体型金相组织，如ZG16Mn、ZG22Mn、15MnTi等钢，这类组织的获得主要是由于采用了正火或正火+回火处理。(2)贝氏体加少量珠光体型金相组织，主要有14MnMoVBRe等钢，这类贝氏体铸钢中一般加入了Mn、Mo、Cr等合金元素，以保证在较低冷速下便能获得贝氏体组织，贝氏体铸钢具有中等的强度、良好的塑初性、耐磨性，其研究应用非常广泛。(3)回火马氏体型金相组织，以Cr、Mn、Mo、Ni为主要合金元素。这类铸钢主要是通过快冷淬火或等温淬火处理，再经适当的回火，可以获得较高的综合的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐极端环境高强高韧低碳马氏体铸钢及制备方法，解决了铸钢在苛刻环境条件下仍具有优异的综合力学性能的问题。具体包括优秀的强韧性配合，良好的低温塑性，以及较高的强度以及较低的缺口敏感性。本发明是通过以下技术方案来实现：

一种耐极端环境高强高韧低碳马氏体铸钢，以质量百分比计算，该铸钢的化学成分为：C：0.01％～0.2％，Cr：10.0％～13.0％，Ni：4.5％～6.5％，Mo：3.0％～5.0％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，P：≤0.01％，S：≤0.01％，余量为铁及不可避免杂质。

该高强韧低碳马氏体铸钢的室温抗拉强度为1500～1600MPa，屈服强度为1200～1300MPa，延伸率为15～20％，断面收缩率为40～60％，冲击韧性a_KU＞

50J/cm²，A_KU＞40J，低温(-70℃)冲击韧性a_KU＞40J/cm²，A_KU＞33J。

一种耐极端环境高强高韧低碳马氏体铸钢的制备方法，具体步骤及参数如下：