[发明专利]一种粉末冶金改性低合金超高强度钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种粉末冶金改性低合金超高强度钢及其制备方法，属于粉末冶金领域。本发明所述粉末冶金改性低合金超高强度钢原料由低合金超高强度钢雾化粉末及改性元素粉末构成。本发明通过改性元素设计，改性混合粉末制备以及热等静压烧结，即可得到粉末冶金改性低合金超高强度钢材料。本发明通过材料设计以及制备工艺的搭配制备的粉末冶金改性超高强度钢材料具有工艺简单、无需后续加工和热处理等优势。通过本发明制备的粉末冶金改性低合金超高强度钢材料的抗拉强度超过1700MPa，延伸率可保持在8％左右；可广泛应用于复杂异形低合金超高强度钢构件的工业生产中。

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金改性低合金超高强度钢及其制备方法。

背景技术

低合金超高强度钢具有高强度、高硬度、良好的韧性以及耐腐蚀性等优异特点，被广泛用于工程机械、航空航天、船舶以及武器装备等领域。随着科技的不断发展，超高强度钢构件的形状逐渐向复杂化、异型化发展。例如，为了增加动能侵彻武器的侵彻性能，弹体头部形状由常规卵形向双卵形等异形结构转变。然而受到超高强度钢的高硬度以及加工技术的限制，难以获得大尺寸的复杂、异型构件，发展粉末冶金超高强度钢代替传统铸锻钢不仅可以实现制备与加工的一体化，还能保证构件整体性能的均匀性。

目前，通过常规的粉末冶金技术(压制+真空/气氛烧结、热压烧结等)制备的超高强度钢内部通常含有较多的孔隙，导致粉末冶金制品的性能偏低，且其服役可靠性难以得到保证，因此难以应用于实际生产中。

文献“Strengths and toughnesses of some PM steels consolidated byrotary forging and sintering,S.Peacock,J.R.Moon:Powder Metallurgy 2000；43:p.49-55.”采用旋锻成形+气氛烧结并经过油淬后成功制备出抗拉强度达1400MPa的粉末冶金超高强度钢材料，然而较低的相对密度(0.95)导致延伸率仅为1％。

同时，由于低合金超高强度钢较差的淬透性，在烧结后难以得到高强高硬的材料，往往需要对烧结材料进行后续热处理(淬火+回火)以实现强硬化。然而，淬火处理容易导致薄壁构件如战斗部壳体材料等的变形，尺寸难以控制，难以满足粉末冶金超高强钢的一体化成形加工的需求。

文献“薄壁壳体零件热处理变形控制工艺研究，葛瑞荣:四川大学2005.”对薄壁壳体零件的热处理变形控制工艺进行了探索，提出在易变形区域采用工装夹持的方式可以减小热处理变形的程度，但仍无法完全避免变形的发生。

基于此，本领域迫切需要开发一种简单、无需后续加工和热处理的粉末冶金超高强度钢制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种粉末冶金改性低合金超高强度钢及其制备方法，有效解决了现有粉末冶金低合金超高强度钢致密度低、淬透性差等难题，实现了粉末冶金低合金超高强度钢的成形加工一体化。

本发明一种粉末冶金改性低合金超高强度钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)改性元素设计：选取Mn、Cr、Ni中的至少一种作为改性元素；选取低合金超高强度钢雾化粉末作为基体粉末；并根据炉冷速度以及CCT曲线设计出优化的改性元素的添加量；

当改性元素含有Mn且烧结后的冷却速度为5～12℃/min时，Mn的添加量为2.5-3.5wt.％；

当改性元素含有Mn且烧结后的冷却速度为12.01～24℃/min时，Mn的添加量为2-2.49wt.％；

当改性元素含有Mn且烧结后的冷却速度为24.01～48℃/min时，Mn的添加量为1.5-1.99wt.％；

当改性元素含有Mn且烧结后的冷却速度为48.01～60℃/min时，Mn的添加量为1-1.49wt.％；