一种稀土超强钢及其制备方法技术

本发明专利技术属于冶金技术领域，尤其涉及一种稀土超强钢及其制备方法。本发明专利技术在马氏体时效钢中添加微量稀土元素，减少了Ni的使用量，并且取消了Co的使用，显著降低了成本；本发明专利技术得到的稀土超强钢在室温(20℃)下的抗拉强度不低于2000MPa，延伸率不低于9％，具有较高的抗拉强度和优异的韧性，克服了传统马氏体时效钢强度高但塑性低的问题。

A Rare Earth Super Strength Steel and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of metallurgical technology, in particular to a rare earth super-strength steel and a preparation method thereof. The invention adds trace rare earth elements to maraging steel, reduces the use of Ni, cancels the use of Co, and significantly reduces the cost; the tensile strength of the rare earth super-strength steel obtained by the invention is not less than 2000 MPa, and the elongation is not less than 9%, which has high tensile strength and excellent toughness, and overcomes the high strength but plasticity of the traditional maraging steel. Low problem.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土超强钢及其制备方法
本专利技术涉及冶金
，尤其涉及一种稀土超强钢及其制备方法。
技术介绍
马氏体时效钢是以无碳或低碳铁镍马氏体为基体，通过在500℃左右时效热处理之后，产生金属间化合物析出强化的高强度钢，广泛应用于军工、航空、航天和原子能等领域。主要包括18Ni、20Ni和25Ni这3个典型系列，其中以18Ni系列的制造工艺最为容易且应用最为广泛。马氏体时效钢主要通过固溶强化、相变强化和时效强化相结合，来实现合金的超高强度，其中，时效强化作用对强度的贡献最大。典型的马氏体时效钢如18Ni，通过固溶处理后淬火，然后再经过500℃左右时效处理，使第二相颗粒弥散析出达到强化基体的作用。在时效处理的初期，马氏体时效钢中首先发生调幅分解，溶质原子通过上坡扩散形成Ni-Mo-Ti富集区，进而形成细小的Ni3Mo、Ni3Ti、Fe2Mo等沉淀析出相，在变形过程中，这些析出相会与位错、层错发生强烈的交互作用，从而达到提高材料强度的目的。马氏体时效钢主要通过在Fe-Ni合金中添加Co、Mo、Ti、Al等强化合金元素而来达到调节组织、控制析出相等作用。随着强度级别的提高，合金元素的使用量也逐渐升高。其中，Co元素的大量使用导致马氏体时效钢的成本也大大升高，限制了其广泛使用。此外，由于传统马氏体时效钢中析出颗粒与基体之间为半共格界面，会产生较大的非均匀分布的共格畸变，从而增大材料在变形过程中产生裂纹的倾向，使该合金在具有很高强度的同时，无法同时保持较好的塑性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀土超强钢，在降低成本的同时增强钢的强度和韧性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种稀土超强钢，包括如下质量百分含量的组分：Ni13.00～16.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W0.10～0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量。优选的，所述稀土为La和/或Ce。优选的，当所述稀土为La与Ce的混合物时，所述稀土超强钢中各组分的质量百分含量为：0.01％≤La≤0.1％，0.005％≤Ce≤0.09％，Ni13.00～16.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W0.10～0.20％，Fe余量。优选的，当所述稀土为La或Ce时，所述稀土超强钢中各组分的质量百分含量为：Ni13.00～15.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W0.10～0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量。优选的，所述B与稀土的质量比为1～10：1。本专利技术提供了上述技术方案所述的稀土超强钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将对应所述稀土超强钢组分的铸坯在1200±15℃下依次进行保温和锻造，空冷后得到锻坯；(2)将所述步骤(1)中锻坯加热至905±15℃进行保温，得到坯料；(3)将所述步骤(2)中坯料在500±50℃条件下进行时效处理，得到稀土超强钢。优选的，所述步骤(1)中保温的时间为2～5h。优选的，所述步骤(1)中锻造的变形量为0.3～0.4。优选的，所述步骤(2)中保温的时间为5～60分钟。优选的，所述步骤(3)中时效处理的保温时间为60～10000分钟。本专利技术提供了一种稀土超强钢，本专利技术通过在马氏体时效钢中添加微量稀土元素，减少了Ni的使用量，并且取消了Co的使用，显著降低了成本。本专利技术得到的稀土超强钢在室温(20℃)下的抗拉强度不低于2000MPa，延伸率不低于9％，具有较高的抗拉强度和优异的韧性，克服了传统马氏体时效钢强度高但塑性低的问题。本专利技术提供了稀土超强钢的制备方法，在905±15℃进行保温处理，析出的NbC相作为辅助强化相，在500℃±50℃保温时效热处理过程中析出大量B2结构的Ni(Al,Fe)作为主要的强化相；而且通过保温过程中稀土原子在Ni(Al,Fe)与马氏体基体界面区域的偏聚，进一步降低共格界面的界面能，一方面促进小尺寸Ni(Al,Fe)的弥散分布析出，另一方面达到稳定Ni(Al,Fe)析出颗粒的作用，从而保证了稀土超强钢的强度并增强了其韧性。附图说明图1为本专利技术实施例中1#和2#试验钢时效过程的硬度变化曲线；图2为本专利技术实施例中1#和2#试验钢的拉伸应力应变曲线；图3为本专利技术实施例中2#试验钢在时效峰时的析出相形貌图；图4为本专利技术实施例中La原子与Ni原子之间的差分电荷密度分布图。具体实施方式本专利技术提供了一种稀土超强钢，包括如下质量百分含量的组分：Ni13.00～16.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W0.10～0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量。本专利技术提供的稀土超强钢包括质量百分含量为13.00～16.00％的Ni，优选为13.5～15.5％，更优选为14～15％。在本专利技术中，所述Ni元素能够溶入基体，起到固溶强化和改变基体晶格常数的作用，并在时效热处理过程中与Al形成Ni(Al,Fe)强化相。本专利技术提供的稀土超强钢包括质量百分含量为0.30～4.00％的Al，优选为1.00～3.00％，更优选为1.50～2.50％。在本专利技术中，所述Al元素可以溶入基体起到固溶强化的作用，并在时效热处理过程中与Ni形成Ni(Al,Fe)强化相，同时可提高所述稀土超强钢的马氏体转变开始温度。本专利技术提供的稀土超强钢包括质量百分含量为0～4.00％的Mo，优选为0.50～3.50％，更优选为1.00～2.50％。在本专利技术中，所述Mo元素以固溶态存在于基体后，能够增大基体的晶格常数，使其与Ni(Al,Fe)的晶格常数接近，从而达到调控Ni(Al,Fe)析出相与基体之间界面错配度的作用。本专利技术提供的稀土超强钢包括质量百分含量为0.60～0.80％的Nb，优选为0.65～0.75％。在本专利技术中，所述Nb元素能够与C形成NbC析出物，起到强化基体的作用，并可阻止本专利技术所述稀土超强钢在905±15℃保温过程中的晶粒长大行为。此外，Nb固溶入基体后不仅可以起到固溶强化的作用，也可以在905±15℃保温过程中起到延缓晶粒长大的作用。本专利技术提供的稀土超强钢包括质量百分含量为0.03～0.08％的C，优选为0.04～0.07％，更优选为0.05～0.06％。在本专利技术中，当C的质量百分含量大于0.05％时，W的质量百分含量优选大于0.15％，Mo的含量优选为0，即不添加Mo，此时，所述稀土超强钢各组分的质量百分含量优选为Ni13.00～16.00％，Al0.30～4.00％，Nb0.60～0.80％，0.05％＜C≤0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，0.15％＜W≤0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量。在本专利技术中，所述C元素可与Nb形成NbC析出物，起到析出强化的作用，并有效控制晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土超强钢，包括如下质量百分含量的组分：Ni 13.00～16.00％，Al 0.30～4.00％，Mo 0～4.00％，Nb 0.60～0.80％，C 0.03～0.08％，B 0.01～0.02％，Mn 2.10～5.50％，W 0.10～0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种稀土超强钢，包括如下质量百分含量的组分：Ni13.00～16.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W0.10～0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量。2.根据权利要求1所述的稀土超强钢，其特征在于，所述稀土为La和/或Ce。3.根据权利要求2所述的稀土超强钢，其特征在于，当所述稀土为La与Ce的混合物时，所述稀土超强钢中各组分的质量百分含量为：0.01％≤La≤0.10％，0.005％≤Ce≤0.09％，Ni13.00～16.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W0.10～0.20％，Fe余量。4.根据权利要求2所述的稀土超强钢，其特征在于，当所述稀土为La或Ce时，所述稀土超强钢中各组分的质量百分含量为：Ni13.00～15.00％，Al0.30～4.00％，Mo0～4.00...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，高雪云，姚兆凤，陈树明，梁梦斐，高添，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15