[发明专利]一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢及其制备方法，其中，超高强度钢的化学成分质量百分比为：C：0.2％‑0.4％，Mn：6％‑9％，Si：1％‑2％，V：0.1％‑0.3％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明提供的超高强度钢通过采用低成本Fe‑C‑Si‑Mn‑V低合金中锰成分，相较于马氏体时效钢、纳米贝氏体钢等，没有添加昂贵合金元素Co、Ni等，同时碳含量较低，材料的原料成本低及焊接性能良好。同时，本发明提供的超高强度钢具有极其优异的零件性能，即屈服强度2000MPa，抗拉强度2200MPa，延伸率大于10％，可用于对屈服强度要求极高的特殊工程领域。

技术领域

本发明属于钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢及其制备方法。

背景技术

在航天、汽车以及工程机械等领域，其复杂的服役环境对材料提出了越来越高的要求，致使科研学者们不断探索材料的极限性能。超高强度钢因优异的力学性能和低廉的成本，在各工程领域应用广泛，但目前也面临发展瓶颈。2000MPa级以上的超高强度钢面临合金成本高、制备工艺复杂以及塑性差(10％)等问题。现有2000MPa级超高强度钢主要包括热冲压成型钢、纳米贝氏体钢、高碳低合金钢以及中锰钢等，这些材料一般都需要通过高合金设计或者复杂工艺来获得不错的力学性能，其抗拉强度可达到2000MPa，部分材料的塑性可超过10％。但是以上材料的屈服强度普遍较低，难以超过2000MPa，无法满足一些极其特殊领域的应用，如工程机械钢对屈服强度要求较高。2017年，“High dislocationdensity–induced large ductility in deformed and partitioned steels”文献获得了2000MPa以上屈服强度和10％以上塑性的超高强度中锰钢，但是其制备流程极其复杂，包括热轧、温轧、退火、冷轧及回火五道工序，工艺稳定性难以保证。因而，目前尚无低成本易制备的2000MPa屈服强度以上及塑性超过10％的超高强度钢相关报道。

发明内容

针对以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢及其制备方法。

本发明一方面提供了一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢，其化学成分质量百分比为：C：0.2％-0.4％，Mn：6％-9％，Si：1％-2％，V：0.1％-0.3％，余量为Fe及不可避免杂质，其中，所述超高强度钢的屈服强度大于2000MPa，抗拉强度大于2200MPa，断后延伸率10％。

进一步的，所述超高强度钢的组织包括马氏体和残余奥氏体，其中，所述残余奥氏体占所述超高强度钢的体积的5％-15％，所述超高强度钢的组织微观结构为层状复相组织结构。

进一步的，所述超高强度钢中的奥氏体呈杆状。

与现有2000MPa级钢相比，本发明的一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢具有的显著优点及有益效果如下：

1、在成分设计上，采用低成本Fe-C-Si-Mn-V低合金中锰成分，相较于马氏体时效钢、纳米贝氏体钢等，没有添加昂贵合金元素Co、Ni等，同时碳含量较低，材料的原料成本低及焊接性能良好。

2、本发明提供的超高强度钢具有极其优异的零件性能，即屈服强度2000MPa，抗拉强度2200MPa，延伸率大于10％，可用于对屈服强度要求极高的特殊工程领域。

本发明另一方面提供了一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将如上述所述的化学成分进行冶炼，并铸造成铸坯或钢锭；

(2)将所述铸坯或钢锭加热至完全奥氏体化温度，保温2-3h后，对在旋转状态下的所述铸坯或钢锭进行多道次锻造，获得具有圆形或方形截面的试样；

(3)将步骤(2)中的所述试样在空气中冷却至室温，获得包含体积分数为25％-45％奥氏体的试样；