[发明专利]一种强度2200MPa级以上的复合析出强化钢及制造方法

说明书

一种强度2200MPa级以上的复合析出强化钢及制造方法，通过在马氏体基体上形成复合析出相，所述复合析出相包括二次硬化M₂C析出强化相和马氏体时效NiAl析出强化相，能够获得高的强韧性水平，在抗拉强度达到2200MPa级以上的同时，延伸率为6～16％，断裂韧性为40～80MPa·m^1/2，从而克服现有超高强度钢强韧性水平偏低等问题，显著提高飞机发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等采用超高强度钢零部件的安全性能。

技术领域

本发明涉及超高强度钢技术，抗拉强度级别2200～2600MPa，特别是一种强度2200MPa级以上的复合析出强化钢及制造方法，通过在马氏体基体上形成复合析出相，所述复合析出相包括二次硬化M₂C析出强化相和马氏体时效NiAl析出强化相，能够获得高的强韧性水平，在抗拉强度达到2200MPa级以上的同时，延伸率为6～16％，断裂韧性为40～80MPa·m^1/2，从而克服现有超高强度钢强韧性水平偏低等问题，显著提高飞机发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等采用超高强度钢零部件的安全性能。

背景技术

超高强度钢最先应用于飞机结构件，现已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。超高强度钢发展的主要制约因素是强度提高之后韧性的急剧降低问题。典型案例是美国生产的AerMet340钢，其抗拉强度达2370MPa，但断裂韧性仅37MPa·m^1/2，低断裂韧度限制了其应用范围。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存在的问题如下：(1)强化相单一，如AerMet100钢的强化相是M₂C相，马氏体时效钢C300钢的强化相是Ni₃(Ti，Al)相，PH13-8Mo钢强化相是NiAl相，由于这些单一析出相通常在马氏体位错上形核和长大，析出相数密度相对较低，既弥散度较小，导致韧性偏低。(2)晶粒度偏小，如AerMet100钢的晶粒度在6～7级范围内，晶粒度偏低，不利于强韧性提高。主要原因是为了充分溶解碳化物，高温固溶时提高固溶温度，导致晶粒粗大。(3)未溶碳化物较多，导致韧性降低，主要原因是受限于晶粒粗大问题，固溶温度不能过高，造成固溶温度设置受限于晶粒度和未溶碳化物含量。针对现有技术中的问题，本发明采纳了二次硬化钢和马氏体时效钢的强化相，采用复合析出强化获得高的强韧性水平。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，提供一种强度2200MPa级以上的复合析出强化钢及制造方法，通过在马氏体基体上形成复合析出相，所述复合析出相包括二次硬化M₂C析出强化相和马氏体时效NiAl析出强化相，能够获得高的强韧性水平，在抗拉强度达到2200MPa级以上的同时，延伸率为6～16％，断裂韧性为40～80MPa·m^1/2，从而克服现有超高强度钢强韧性水平偏低等问题，显著提高飞机发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等采用超高强度钢零部件的安全性能。

本发明技术方案如下：

一种强度2200MPa级以上的复合析出强化钢，其特征在于，包括铁基组织，所述铁基组织中分布有合金化元素和不可避免的杂质元素，所述合金化元素由碳C、镍Ni、钴Co、铬Cr、钼Mo、铝Al、钨W、钒V和铌Nb组成，所述不可避免的杂质元素包括磷P和硫S，所述铁基组织中分布有复合析出相，所述复合析出相包括二次硬化M₂C析出强化相和马氏体时效NiAl析出强化相，所述M₂C中的M为所述合金化元素中的金属原子。

所述铁基组织的微观组织为马氏体+残余奥氏体，所述残余奥氏体的体积分数范围为3～10％。

所述铁基组织的微观组织中，Cr、Mo、W、V和Nb所形成的各种碳化物中，最大碳化物尺寸≤250nm。