[发明专利]一种复合析出相强化2500MPa级超高强度钢及制造方法

说明书

一种复合析出相强化2500MPa级超高强度钢及制造方法，通过在铁基中添加合金元素Ni、Co、W、Cr、Mo、Al、Cu、C和RE，并设置C原子个数与Cr、Mo、W原子个数和之比为1:1.8～2.2，以及形成复合析出相，所述复合析出相包括二次硬化M₂C析出相、马氏体时效NiAl析出相和沉淀硬化Cu析出相，能够突破现有超高强度钢的强韧化极限，从而有利于满足发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等领域对超高强度钢持续增长的轻量化和安全使用要求。

技术领域

本发明涉及超高强度钢技术，特别是一种复合析出相强化2500MPa级超高强度钢及制 造方法，通过在铁基中添加合金元素Ni、Co、W、Cr、Mo、Al、Cu、C和RE，并设置C 原子个数与Cr、Mo、W原子个数和之比为1:1.8～2.2，以及形成复合析出相，所述复合析 出相包括二次硬化M₂C析出相、马氏体时效NiAl析出相和沉淀硬化Cu析出相，能够突破 现有超高强度钢的强韧化极限，从而有利于满足发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等领 域对超高强度钢持续增长的轻量化和安全使用要求。

背景技术

超高强度钢是强度和韧性匹配要求最高的材料之一(屈服强度大于1380MPa或者抗拉 强度1470MPa)，该类钢种的冶炼、热处理、加工、服役与失效等各个环节涉及的都是最基 础、最前沿、最先进的理论和工艺。美国在超高强度钢领域领先，目前全世界用量广泛的超高强度钢，大部分来自于美国，如300M，AerMet系列，M54等钢，其中AerMet340钢 的抗拉强度是2370MPa，延伸率9.5％，该钢是目前强韧化水平最高的钢种。我国对超高强 度钢的研究也从未停歇，2017年我国科学家创新性提出利用高密度共格纳米析出相来强韧 化的合金设计思想，通过热处理调控，研发出了强度级别为2200MPa的新一代超高强钢， 该成果在《Nature》期刊上发表。同年，北京、香港、台湾等地的大学科研人员合作，以中 锰钢为研究对象，通过变形-配分处理，研制出了强度为2200MPa，均匀延伸率16％的超高 强度钢，该成果在《Science》上发表。该文章创新地提出高位错密度可以同时实现提高强 度和塑性的机理，突破了经典理论中认为高位错密度会提高强度，降低塑韧性的认知，对 材料强韧化理论和方法有指导作用。但这两项研究成果仅限于实验室，未能工业化生产和 应用。

在应用方面，超高强度钢大量应用于飞机发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等性能 有特殊要求的领域，而且其使用范围正在不断地扩大到建筑、机械制造、车辆和其他军用 及民用装备上。可以说超高强度钢是国防军工各领域和重大装备制造的重要材料，也是其 它钢铁材料发展的重要技术基础。所以超高强度钢也是衡量一个国家特殊钢产业发展水平 的重要标志，是特殊钢的金字塔尖的明珠。

按合金元素总量，超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金超高强度钢。高合金超 高强度钢又可分为二次硬化钢、马氏体时效钢和不锈钢。目前这几类超高强度钢强化方式 采用单一析出相类型强化。单一析出相类型强化易于导致析出相弥散度较小，韧性偏低等 问题。本发明人认为，采用二次硬化钢的强化相M₂C、马氏体时效钢的强化相NiAl和沉淀硬化不锈钢的强化相Cu，为复合析出相以强化超高强度钢，能够基于高密度共格纳米析出相来强韧化的合金设计思想，设计并工业化制备出2500MPa级超高强度钢。有鉴于此，本 发明人完成了本发明。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种复合析出相强化2500MPa级超高 强度钢及制造方法，通过在铁基中添加合金元素Ni、Co、W、Cr、Mo、Al、Cu、C和RE， 并设置C原子个数与Cr、Mo、W原子个数和之比为1:1.8～2.2，以及形成复合析出相，所 述复合析出相包括二次硬化M₂C析出相、马氏体时效NiAl析出相和沉淀硬化Cu析出相， 能够突破现有超高强度钢的强韧化极限，从而有利于满足发动机壳体、飞机起落架、防弹 钢板等领域对超高强度钢持续增长的轻量化和安全使用要求。

本发明技术方案如下：