一种超高强度钢材及其制备方法技术

本发明专利技术属于新材料发明专利技术，涉及一种新型超高强度钢材及其制备方法。其特征在于，制备的步骤如下：材料组成、材料的制备(熔炼、锻造、热处理)。采取本发明专利技术方法制造的新型结构材料S280，其拉伸强度不低于1900MPa,断裂韧度大于

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料专利技术技术，涉及一种新型超高强度钢材及其制备方法。
技术介绍
当前人们在超高强度钢设计方面，更注重抗应力腐蚀性能。由于先进飞机机动性更强，可在任何条件下飞行，抗应力腐蚀性能尤为重要。必须结合海洋和气候特点重点突出耐腐蚀性能。迫切需要既有超高强(σb≥1900MPa)、耐腐蚀性等同于不锈钢(零件取消电镀，降低零件的维护成本)。以制造重量轻、可靠性高、寿命长的起落架等关键承力构件。目前使用的PH13-8Mo等第二代不锈钢强度较低，限制了其使用范围。300M、AerMet100等同属结构钢，强度很高，但对应力腐蚀和氢脆比较敏感，由于上述原因，用其制造的零件必须采用电镀进行表面防护，不利于环境保护，增加了零件发生氢脆断裂的可能性，增大了零件维护的成本。国外研制出强度与300M和AerMet100相当，耐腐蚀性能等同于15-5PH的超高强度钢S53，但S53断裂韧度较低，材料规范要求断裂韧度为保证材料具有优良的抗疲劳性能，断裂韧度(KIC)应不低于本专利技术提出一种新型材料成分及制备方法。采取本专利技术方法制造的新型结构材料，其拉伸强度不低于1900MPa,断裂韧度大于目前国内外没有该新型超高强度钢成分及制备的方法，也未检索到国际上该材料成分及制备技术的公开文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种拉伸强度不低于1900MPa,断裂韧度大于的超高强度钢材及其制备方法。本专利技术的技术方案是：本专利技术属于新材料专利技术，涉及一种新型材料成分及制备方法。提供一种超高强度钢材，该钢材由C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W、Fe元素组成，其中元素C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W的质量百分比为0.1～0.3％、6～16％、8～17％、2～10％、1～7％、0～0.8％、0～3％.余量为Fe元素。所述的超高强度钢材在制备后可能会含有杂质，但杂质的质量百分含量很小，具体如下所示：Si含量小于0.1％、Mn含量小于0.1％、Al含量小于0.01％、Ti含量小于0.015％、S含量小于0.005％、P含量小于0.008％、Cu含量小于0.2％、La含量小于0.2％、Nb含量小于0.3％。上述的超高强度钢材的制备方法如下：步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金属Mo、纯金属Ni、纯金属V、纯金属Nb、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元素的纯度均不低于99.5％；(杂质元素要求是：为S≤0.001％,P≤0.002％,Mn≤0.1％,Si≤0.1％；)步骤2、采用真空感应炉对步骤1中的高纯炉料进行熔炼，熔化温度为1490℃～1530℃，炉内抽真空的真空度不高于5Pa；步骤3、熔炼后将炉料浇铸成电级棒，再将电级棒脱模缓冷；步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；步骤5、采用真空自耗熔炼炉对扒皮后的电级棒进行重熔，重熔步骤具体为：首先焊接电极棒；然后将炉内抽真空至真空度≤0.5Pa；之后，起弧，电流为1～1.5万安培；再后，进行熔炼，熔炼速度为350～440kg/h,电流为0.9～1.3万安培，电压为22V～26V；最后，浇铸并脱模缓冷得到钢锭；步骤6、对脱模缓冷后的钢锭扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；步骤7、将扒皮后的钢锭在炉中进行加热，加热温度为1150℃～1160℃，透烧后保温2小时；步骤8、在锻机上对加热后的钢锭进行两次镦拔，镦拔温度均为1140℃～1150℃，两次镦拔的终锻温度≥900℃，镦拔后缓冷至环境温度；其中，第一次镦拔的锻比为10～12，第二次镦拔的锻比为13～15，钢锭经两次镦拔后成为钢棒；步骤9、在锻机上将所述的钢棒锻造为锻件，锻造温度为1140℃～1150℃，终锻温度≥900℃，锻后缓冷至环境温度，将锻造后的锻件加热至680℃～700℃，保温时间为8～16小时，并通过空气冷却进行退火处理；步骤10、预备热处理：将锻造后的锻件加热至1080℃，保温1小时后空冷至环境温度，再加热至680℃～700℃，保温8～16小时后空冷至环境温度；步骤11、最终热处理：将锻件加热至1080℃±10℃,保温60min～75min后进行油淬火；在淬火完成后8小时内进行冷处理，冷处理温度为-73℃±8℃，保温时间不小于2小时，之后在自然状态下回温至环境温度；再对锻件进行回火热处理，回火温度为540℃～550℃±3℃，保温时间为4～5小时，之后空气冷却至环境温度。本专利技术的刚材，其测试的力学性能为拉伸性能和断裂韧度，拉伸强度不低于1900MPa,断裂韧度大于本专利技术的优点是：使用本专利技术方法制备的新型超高强度钢S280，强度(σb)大于1900MPa，断裂韧度(KIC)大于可用于制造先进武器装备要求强度高、耐腐蚀的重要承力件。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细说明。一种新型材料成分及制备方法。提供一种超高强度钢材，该钢材由C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W、Fe元素组成，其中元素C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W的质量百分比为0.1～0.3％、6～16％、8～17％、2～10％、1～7％、0～0.8％、0～3％.余量为Fe元素。所述的超高强度钢材在制备后可能会含有杂质，但杂质的质量百分含量很小，具体如下所示：Si含量小于0.1％、Mn含量小于0.1％、Al含量小于0.01％、Ti含量小于0.015％、S含量小于0.005％、P含量小于0.008％、Cu含量小于0.2％、La含量小于0.2％、Nb含量小于0.3％。上述的超高强度钢材的制备方法如下：步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金属Mo、纯金属Ni、纯金属V、纯金属Nb、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元素的纯度均不低于99.5％；(杂质元素要求是：为S≤0.001％,P≤0.002％,Mn≤0.1％,Si≤0.1％；)步骤2、采用真空感应炉对步骤1中的高纯炉料进行熔炼，熔化温度为1490℃～1530℃，炉内抽真空的真空度不高于5Pa；步骤3、熔炼后将炉料浇铸成电级棒，再将电级棒脱模缓冷；步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；步骤5、采用真空自耗熔炼炉对扒皮后的电级棒进行重熔，重熔步骤具体为：首先焊接电极棒；然后将炉内抽真空至真空度≤0.5Pa；之后，起弧，电流为1～1.5万安培；再后，进行熔炼，熔炼速度为350～440kg/h,电流为0.9～1.3万安培，电压为22V～26V；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强度钢材，该钢材由C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W、Fe元素组成，其中元素C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W的质量百分比为0.1～0.3％、6～16％、8～17％、2～10％、1～7％、0～0.8％、0～3％.余量为Fe元素。

【技术特征摘要】
1.一种超高强度钢材，该钢材由C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W、Fe元素组成，
其中元素C、Cr、Co、Ni、Mo、V、W的质量百分比为0.1～0.3％、6～16％、8～
17％、2～10％、1～7％、0～0.8％、0～3％.余量为Fe元素。
2.一种超高强度钢材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金
属Mo、纯金属Ni、纯金属V、纯金属Nb、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所
有纯金属元素的纯度均不低于99.5％；(杂质元素要求是：为S≤0.001％,P≤
0.002％,Mn≤0.1％,Si≤0.1％；)
步骤2、采用真空感应炉对步骤1中的高纯炉料进行熔炼，熔化温度为
1490℃～1530℃，炉内抽真空的真空度不高于5Pa；
步骤3、熔炼后将炉料浇铸成电级棒，再将电级棒脱模缓冷；
步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；
步骤5、采用真空自耗熔炼炉对扒皮后的电级棒进行重熔，重熔步骤具体为：
首先焊接电极棒；然后将炉内抽真空至真空度≤0.5Pa；之后，起弧，电流为1～
1.5万安培；再后，进行熔炼，熔炼速度为350～440kg/h,电流为0.9～1.3万
安培，电压为22V～26V；最后，浇铸并脱模缓冷得到钢锭；
步骤6、对脱模缓冷后的钢锭扒皮，扒皮厚度为15mm～25mm；
步骤7、将扒皮后的钢锭在炉中进行加热，加热温度为1150℃～1160℃，
透烧后保温2小时；
步骤8、在锻机上对加热后的钢锭进行两次镦拔，镦拔温度均为1140℃～
1150℃，两次镦拔的终锻温度≥900℃，镦拔后缓冷至环境温度；其中，第一次
镦拔的锻比为10～12，第二次镦拔的锻比为13～15，钢锭经两次镦拔后成为钢
棒；
步骤9、在锻机上将所述的钢棒锻造为锻件，锻造温度为1140℃～1150℃，
终锻温度≥900℃，锻后缓冷至环境温度，将锻造后的锻件加热至680℃～700℃，
保温时间为8～16小时，并通过空气冷却进行退火处理；
步骤10、预备热处理：将锻造后的锻件加热至1080℃，保温1小时后空冷
至环境温度，再加热至680℃～700℃，保温8～16小时后空冷至环境温度；
步骤11、最终热处理：将锻件加热至1080℃±10℃,保温60min～75min后
进行油淬火；在淬火完成后8小时内进行冷处理，冷处理温度为-73℃±8℃，
保温时间不小于2小时，之后在自然状态下回温至环境温度；再对锻件进行回

\t火热处理，回火温度为540℃～550℃±3℃，保温时间为4～5小时，之后空气
冷却至环境温度。
3.一种超高强度钢材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金
属Mo、纯金属Ni、纯金属V、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元
素的纯度均不低于99.5％；(杂质元素要求是：为S≤0.001％,P≤0.002％,Mn≤
0.1％,Si≤0.1％；)
步骤2、真空感应熔炼；采用国产200kg真空感应炉进行熔炼；熔炼温度为
1520℃；炉内抽真空，真空度为4Pa；
步骤3、浇铸成φ200mm电级棒；钢锭脱模缓冷；
步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，扒皮至φ180mm；
步骤5、采用西德的ISV11700真空自耗熔炼炉进行真空自耗炉重熔，重熔
步骤具体为：首先焊接电极棒；然后将炉内抽真空至真空度0.5Pa；之后，起弧，
电流为1.2万安培；再后，进行熔炼，熔炼速度为400kg/h,电流为1万安培，
电压为25V；最后，浇铸并脱模缓冷得到钢锭；
步骤6、对脱模缓冷后的钢锭扒皮，扒皮至φ160mm；
步骤7、将扒皮后的钢锭在炉中进行加热，加热温度为1150℃，透烧后保
温2小时；
步骤8、在自由锻机上对加热后的钢锭进行两次镦拔，镦拔温度均为1150℃，
两次镦拔的终锻温度≥900℃，镦拔后灰冷至环境温度；其中，第一次镦拔的锻
比为10.4，第二次镦拔的锻比为12.25，钢锭经两次镦拔后成为钢棒；
步骤9、在自由锻机上对经二次镦拔的钢棒进行锻造，分为2-3次锻造而成，
φ20mm×500mm具体过程：φ160mm棒→φ100mm棒→φ50mm棒→φ20mm×500mm
棒，20mm×35mm×450mm具体过程：φ160mm棒→φ100mm棒→20mm×35mm×
450mm。锻造温度均为1140℃，终锻温度≥900℃，锻后灰冷至环境温度；将锻
造的钢棒加热至680℃，保温时间为8小时，并通过空气冷却进行退火处理；
步骤10、预备热处理：将锻造后的钢棒加热至1080℃，保温1小时后空冷
至环境温度，再加热至680℃，保温16小时后空冷至环境温度；
步骤11、最终热处理：将锻造后的钢棒加热至1080℃,保温60min后进行
油淬火；在淬火完成后6小时内进行冷处理，冷处理温度为-73℃，保温时间为

\t2小时，之后在自然状态下回温至环境温度；再进行回火热处理，回火温度为
540℃，保温时间为4小时，之后空气冷却至环境温度。
4.一种超高强度钢材的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟平，张业勤，柳木桐，王彧，刘大博，金建军，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11