一种复合强化型超高强韧马氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术属于钢材制备领域，特别涉及一种复合强化型超高强韧马氏体不锈钢及其制备方法。所述马氏体不锈钢包含以下成分：按质量百分比：C：0.1～0.25％，Cr：11～13％，Ni：5.0～8.0％，Mo：1.5～4.0％，Co：6.5～8.5％，V：0.2～0.4％，Nb：0.01～0.04％，Cu：0.5～1.5％，Al：0.3～0.8％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，余量为Fe。本发明专利技术通过碳化物M2C和金属间化合物β

【技术实现步骤摘要】
一种复合强化型超高强韧马氏体不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢材制备领域，特别涉及一种复合强化型超高强韧马氏体不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现在科技的不断发展，先进的结构钢对现代世界至关重要，它们不断的创新是迈向可持续未来的关键。炼钢被认为是世界上最大的二氧化碳排放和环境污染的工业来源之一。随着全球变暖、雾霾等人类面临前所未有的环境挑战，开发和使用超高强度不锈钢，大幅减少目前使用的普通低强度钢的数量至关重要；并且先进的超高强度马氏体不锈钢在航空航天、海洋开发和装备制造等领域有着广泛的应用前景。
[0003]二次硬化超高强度钢主要用于强度和韧性要求较高的部件，如潜艇壳、飞机起落架等。300M和AerMet100是具有代表性的超高强度钢。在时效过程中，细小的M2C碳化物析出，提高了钢的强度和硬度。这些碳化物与基体的错配度较小，能在马氏体基体上形成细小的沉淀；因此，二次硬化表现出良好的韧性和塑性。Ferrium是一种新型的超高强度不锈钢，由QuesTek Innovations公司于2003年开发，旨在解决使用其他钢种在使用时必须使用有毒的镉涂层的问题。与AerMet100相比，含有更多的Cr，更少的Ni，具有更高的耐蚀性，强度和韧性也没有降低。典型的超高强度不锈钢钢有17
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4PH、15
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5PH、Custom465、1RK91和Ferrium等，这些典型的超高强度钢的主要弥散沉淀强化相主要是单一的金属间化合物如:富Cu相、NiAl相、Ni3Ti相、laves相等，或碳化物进行析出强化。其主要存在的问题是，单一相强化不能使钢的强度与韧性有很好的匹配。传统的超高强度钢17
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4PH和15
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5PH具有优异的耐蚀性能，但是强度偏低，无法满足苛刻环境下的使用性能，其中性能较为优异的是钢，但是有研究表明Co含量过高会促进Cr的调幅分解，严重影响钢的耐蚀性能；而且在现今Co资源的日益枯竭下，Co的价格也在随之升高，钢的制备也提高了钢材的成本。
[0004]因此，研究开发具有超高强韧性和优异耐蚀性能，同时能节省材料成本，方便生产和更加安全的超高强度马氏体不锈钢是非常必要的。公开号CN 113699464 A的专利技术专利申请公开了一种超高强高性能薄板马氏体时效不锈钢，该不锈钢的化学成分为(按质量百分比计，％)Co＝2.0～5.0％，Ni＝6.0～9.0％，Cr＝11.0～17.0％，Ti＝0.5～1.8％，Mo＝3.0～7.0％，Mn＝0.08～1.0％，Si＝0.08～0.5％，C≤0.02％，P≤0.003％，S≤0.003％，余量为Fe。其延伸率为10.8％，抗拉强度为2713MPa；点腐蚀电位Epit为0.24VSCE。该专利技术的强化机制为沉淀强化和细晶强化机制，主要采用冷轧技术对钢进行细晶强化，操作复杂，材料成本高，而且对一些不能使用薄板不锈钢的部件，该专利技术的钢种具有一定的局限性，且塑性较差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术以实现超高强韧性和高耐蚀性能为目标，提供
一种具有超高强度和韧性，同时具有高耐蚀性的马氏体时效不锈钢及其制备方法，其具体技术方案如下：
[0006]一种复合强化型超高强韧马氏体不锈钢，包含以下成分：按质量百分比：C：0.1～0.25％，Cr：11～13％，Ni：5.0～8.0％，Mo：1.5～4.0％，Co：6.5～8.5％，V：0.2～0.4％，Nb：0.01～0.04％，Cu：0.5～1.5％，Al：0.3～0.8％，Mg：0.002～0.006％，Ce：0.01～0.08％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，余量为Fe。
[0007]所述马氏体不锈钢合金体系的完全奥氏体区间为1100～1350℃。所述马氏体不锈钢的显微组织主要为板条状马氏体组织和少量奥氏体组织，其中还有起强化作用的M2C碳化物、富Cu相及NiAl相等纳米尺寸析出相。板条状马氏体组织占比为85％
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95％，奥氏体组织占比4％
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8％。
[0008]所述马氏体不锈钢的硬度为≥52HRC，抗拉强度为≥1900MPa，延伸率为≥12％，缺口冲击功≥25J。
[0009]上述复合强化型超高强韧马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1、熔炼：熔炼在真空氩气保护条件下进行，首先按马氏体不锈钢的成分配比，熔炼前先将工业纯铁、金属铬、金属镍、金属钼、金属钴、金属铜加入熔炼炉中，熔炼至炉料充分熔化，熔炼温度可采用1530
±
30℃；然后加入石墨，抽真空进行真空精炼；之后关闭真空泵，充入氩气，然后依次加入金属铝、金属铌、金属钒、镍镁合金、稀土铈，继续熔炼至炉料充分熔化，熔炼温度可采用1530
±
30℃；最后浇铸成钢锭，浇铸温度为1530
±
30℃。
[0011]优选的：熔炼采用真空感应熔炼炉；所述真空精炼的条件为：真空度20Pa以下，保温20min～30min；充入氩气后炉内总压力为30000
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40000Pa。
[0012]步骤2、铸件后处理：将钢锭切去头部缩孔和尾部，涂抹耐火防脱碳涂料后，将钢锭随炉加热，进行高温均质化处理，然后冷却至室温。
[0013]优选的：钢锭随炉加热进行高温均质化处理的方法为：随炉加热速率为4～6℃/min，随炉加热至1200～1250℃，保温8～10h，进行高温均质化处理；冷却至室温的方法为：随炉降温至1100～1150℃取出，空冷至室温。
[0014]步骤3、锻造：将钢锭随炉加热后进行锻造，三墩三拔后锻造成板坯，冷却至室温得到锻造板材。
[0015]优选的：所述随炉加热为随炉加热至1150～1250℃，所述锻造的终锻温度为1150～1250℃，所述冷却至室温为在石棉上冷却至室温。
[0016]步骤4、锻后热处理：将锻造板材加热进行固溶处理；然后淬火至室温；再进行深冷处理后将温度升回室温；随后继续升温至时效温度进行时效处理，最后冷却至室温。
[0017]步骤4中，优选的：
[0018]所述加热进行固溶处理的方法为：将钢瞬时加热至1070～1100℃，之后保温0.5～1h；
[0019]所述淬火的方式为水冷；
[0020]所述深冷处理为置于液氮中冷却，持续4～8h；
[0021]所述升温至时效温度进行时效处理的方法为：以450～480℃/h的升温速率升至时效温度480
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500℃，时效处理持续20～25h；
[0022]在时效处理之前，可以先进行30～40min、温度为530～550℃的预时效处理(预时
效处理也是以450～480℃/h的升温速率升温至530～550℃的预时效温度)，冷却至室温后再重新以450～480℃/h的升温速率升温至时效温度，进行时效处理；
[0023]所述冷却至室温的方式为空冷。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合强化型超高强韧马氏体不锈钢，其特征在于，包含以下成分：按质量百分比：C：0.1～0.25％，Cr：11～13％，Ni：5.0～8.0％，Mo：1.5～4.0％，Co：6.5～8.5％，V：0.2～0.4％，Nb：0.01～0.04％，Cu：0.5～1.5％，Al：0.3～0.8％，Mg：0.002～0.006％，Ce：0.01～0.08％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的复合强化型超高强韧马氏体不锈钢，其特征在于，所述马氏体不锈钢的显微组织中包含板条状马氏体、奥氏体，板条状马氏体组织占比为85％
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95％，奥氏体组织占比4％
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8％。3.根据权利要求1所述的复合强化型超高强韧马氏体不锈钢，其特征在于，所述马氏体不锈钢的抗拉强度≥1900MPa，硬度≥52HRC，延伸率≥12％，缺口冲击功≥25J。4.根据权利要求1所述的复合强化型超高强韧马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、熔炼：按马氏体不锈钢的成分配比，熔炼前先将工业纯铁、金属铬、金属镍、金属钼、金属钴、金属铜加入熔炼炉中，熔炼至炉料充分熔化，然后加入石墨，抽真空进行真空精炼；之后关闭真空泵，充入氩气，然后依次加入金属铝、金属铌、金属钒、镍镁合金、稀土铈，继续熔炼至炉料充分熔化，最后浇铸成钢锭；步骤2、铸件后处理：将钢锭切去头部缩孔和尾部，涂抹耐火防脱碳涂料后，将钢锭随炉加热，进行高温均质化处理，然后冷却至室温；步骤3、锻造：将钢锭随炉加热后进行锻造，三墩三拔后锻造成板坯，冷却至室温得到锻造板材；步骤4、锻后热处理：将锻造板材加热进行固溶处理；然后淬火至室温；再进行深冷处理后将温度升回室温；随后继续升温至时效温度进行时效处理，最后冷却至室温。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中：将工业纯铁、金属铬、金属镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家龙，赵佳伟，战东平，姜周华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：