[发明专利]一种无钴马氏体时效TRIP钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无钴马氏体时效TRIP钢及其制备方法，按质量百分数包括Mn：8%‑14%、Ni：2%‑6%、Al：2.5%‑4%、Mo：3%‑5%、Ti：1%‑1.2%、B≤0.01%，余者为Fe以及不可避免的杂质。本发明的有益效果为：（1）使用8%‑14%锰元素替代部分镍元素来稳定残余奥氏体，降低原材料价格，节省成本；（2）添加硼元素，促进马氏体时效TRIP钢的淬透性并提供间隙原子强化；（3）碳含量在冶炼过程中控制在最低水平；（4）无钴马氏体时效TRIP钢的屈服强度、抗拉强度以及维氏硬度均处于高水平；（5）工艺简单而严谨，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种无钴马氏体时效TRIP钢。

背景技术

马氏体时效钢是以无碳或微碳马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。与传统高强度钢不同，它不用碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。马氏体时效钢以及其优异的超高强度、高韧性及其良好的综合性能成为在航空、航天、海洋等高科技领域如机翼大梁、舰载飞机起落架、潜艇动力装置等承力耐蚀部件以及叶轮材料的首选材料。由于受限于国外技术壁垒、国内合金研发以及冶炼能力，这类合金材料我 国主要通过进口，且通常含有价格昂贵的钴元素，因此需要发展无Co的廉价高强度马氏体时效不锈钢以及实现现有国际牌号合金的国产化。

TRIP钢，即相变诱导塑性钢，是通过相变诱导塑性效应而使钢板中残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体形核，引入相变强化和塑性增长机制，提高钢板的强度和韧性。TRIP钢具有多相组织，既有软相铁素体，也有硬相贝氏体，还有亚稳定的残余奥氏体，在变形过程中能逐步转化成马氏体。TRIP钢组织决定了其优异的力学性能，因此TRIP钢在具有高强度的同时还具有优异的塑性。铁素体是软相，在拉伸过程中能协调贝氏体的变形；贝氏体能提高TRIP钢的强度；奥氏体在室温拉伸时转化成马氏体，马氏体相变产生应力松弛，使塑性增加。另外相变生成的马氏体又能够强化TRIP钢，使TRIP钢的强度提高。TRIP钢与其他同级别的高强度钢相比，最大特点是兼具高强度和高延伸性能，可冲制较复杂的零件；还具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递。

如何平衡降低生产成本、降低合金元素的添加、提高钢的强度和塑性、改善钢的冲击韧性，一直是本领域科研工作者努力的方向。

如中国专利公开号为CN112853224B的一种高强高塑性低碳中锰TRIP钢及其制备方法，降低了C含量，减少了稀有元素的含量，降低了制造成本。然而，该专利仍有0.08%-0.16%的C含量，会恶化材料的冲击韧性、焊接性能以及疲劳性能，且其屈服强度并未达到高水准。

如中国专利公开号为CN107974626A的一种航空高强度零部件无钴新材料制备方法，采用钛、钼是合金强化的主要元素，大幅度增加钛的含量以之作为主要强化合金元素，不采用钴元素，极大的节省了钴资源，降低钴资源紧缺的情况。然而，该专利仍有接近0.01%的C含量，对材料韧性有着不利影响，且其包含16%-20%的Ni含量，增大了生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如今钢材生产工艺中为保证钢材的强度和塑性，稀有元素成本较高，且C含量无法控制在低水平，为此提供一种无钴马氏体时效TRIP钢及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种无钴马氏体时效TRIP钢，按质量百分数包括Mn：8%-14%、Ni：2%-6%、Al：2.5%-4%、Mo：3%-5%、Ti：1%-1.2%、B≤0.01%，余者为Fe以及不可避免的杂质。使用8%-14%锰元素替代部分镍元素来稳定残余奥氏体，降低原材料价格，节省成本；添加硼元素，促进马氏体时效TRIP钢的淬透性并提供间隙原子强化；碳含量在冶炼过程中控制在最低水平。

作为优选，按质量百分数包括Mn：9%-12%、Ni：3%-6%、Al：2.5%-3.5%、Mo：3.5%-4.5%、Ti：1.1%-1.2%、B≤0.01%，余者为Fe以及不可避免的杂质。