一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢及其制备方法，属于不锈钢新材料技术领域，能够通过细晶强化、析出强化和TRIP效应的协同作用，在提高材料强度的同时，提高其延伸率；该方法通过在传统马氏体不锈钢中加入特定量的Cu，同时对热处理工艺进行调整，从而在细化的马氏体基体中引入两种类型的纳米析出相及特定含量的奥氏体，使制备的马氏体不锈钢在细晶强化、复合析出强化和TRIP效应的协同作用下能够同时提高强度和延伸率；Cu质量占比为3.20％～5.00％；纳米析出相为富Cu析出相和NiAl析出相；奥氏体的体积分数为18.5～25％。奥氏体的体积分数为18.5～25％。奥氏体的体积分数为18.5～25％。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢新材料
，尤其涉及一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]材料是高新技术、尖端装备的基础。在众多材料中，钢铁材料又占据重要地位。现代的农业机械、高速铁路、汽车制造、核工业、航空、航天等领域都需要大量具有优异性能的钢铁材料。普通的钢铁材料由于强度较低，并且耐蚀性差，很难再满足相关构件的性能要求。高强度钢可以满足高强度的要求，但其耐蚀性相对较差。虽然不锈钢能满足一定的耐蚀性能的要求，但其又不能满足高强度的要求。因此，高强度不锈钢的设计与研发也成为当下金属材料行业的重点研发方向之一。沉淀硬化马氏体不锈钢是指在普通不锈钢的基础上添加不同类型、数量的强化元素，通过热处理过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化合物，既提高钢的强度又保持足够的塑韧性的一类高强不锈钢。
[0003]随着科技的不断发展和社会的不断进步，对航空、航天、深海探索等苛刻环境下服役的先进装备所用的关键材料(高强不锈钢)提出了更高的要求，要求强度和延伸率都要保持较高的水平，以满足服役安全性的要求。但众所周知，材料的强度和延伸率是相互制衡的关系。随着显微组织调控技术的不断进步，研究人员发现：在以马氏体为基体的高强钢中引入一定含量的奥氏体可以提高其延伸率，但奥氏体作为一种软韧相，引入基体中必然会带来基体强度的损失。因此，亟需提出一种兼具高强度和高韧性不锈钢的制备工艺。
[0004]因此，有必要研究一种新型高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢及其制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢及其制备方法，能够通过细晶强化、析出强化和TRIP效应的协同作用，在提高材料强度的同时，提高其延伸率。
[0006]一方面，本专利技术提供一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，所述方法通过在传统马氏体不锈钢组分中加入特定量的Cu，同时对热处理工艺进行调整，从而在细化的马氏体基体中引入两种类型的纳米析出相及特定含量的奥氏体，使制备的马氏体不锈钢在细晶强化、复合析出强化和TRIP效应的协同作用下能够同时提高马氏体不锈钢的强度和延伸率。
[0007]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述Cu的质量百分比具体为3.20％～5.00％。
[0008]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，调整后的热处理工艺内容包括：
[0009]低温固溶处理：800℃～850℃的环境下对马氏体不锈钢进行固溶处理，处理时间
为0.5～1h，然后迅速油冷至室温；该固溶处理使基体中含有特定量的奥氏体，并且获得尺寸较小的原奥氏体晶粒和细化的板条马氏体基体；
[0010]时效处理：在低于奥氏体转变初始温度环境下对马氏体不锈钢进行时效处理。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，时效处理温度为460℃～480℃，处理时间为3h～4h，然后迅速空冷至室温。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，板条马氏体基体的板条宽度为180nm～220nm。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，热处理之前的步骤还包括：
[0014]对加入Cu后的初始铸锭进行高温锻造加工；锻造温度范围为900℃～1200℃；
[0015]对锻造成型的板材进行热轧；轧制温度为900℃～1200℃；板材的初始厚度30mm，第一次轧制下压量10mm，第二次轧制下压量5mm，第三次轧制下压量5mm，冷却方式为空冷；
[0016]对热轧后的板材进行均匀化处理；均匀化处理温度为1200℃，保温时间为24h，冷却方式为水冷。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，引入的纳米析出相为富Cu析出相和NiAl析出相，纳米析出相尺寸在2nm～8nm之间。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，奥氏体的体积分数为18.5～25％。
[0019]另一方面，本专利技术提供一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢，所述马氏体不锈钢采用如上任一所述的制备方法制备得到；
[0020]所述马氏体不锈钢的化学成分质量百分比(wt％)为：C：0.03％～0.05％；Si：0.02％～0.06％；Mn：≤0.01％；Cr：12.00％～13.00％；Ni：8.00％～8.50％；Cu：3.20％～5.00％；Mo：2.00％～2.50％；Al：1.00％～1.50％；P：≤0.005％；S：≤0.005％；N：≤0.003％，其余为Fe。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述马氏体不锈钢的抗拉强度为1700MPa，延伸率为18％，充氢后的延伸率为8.3％。
[0022]与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本专利技术通过成分设计和热处理工艺调整，在细化的马氏体基体中引入两种类型的纳米析出相及一定含量的奥氏体，通过细晶强化、复合析出强化、TRIP效应等协同作用显著提高了实施例新型沉淀硬化马氏体不锈钢的强度和延伸率，获得了极佳的强度塑性匹配，打破了强度
‑
延伸率相互制衡的问题。
[0023]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1是本专利技术一个实施例提供的高强钢强度
‑
延伸率分布示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例1提供的金相组织；与图4基体组织基本相似，相比于图3、5基
体组织有明显的细化，可以产生明显的细晶强化作用，提高强度；
[0027]图3是本专利技术提供的对比例1金相组织；
[0028]图4是本专利技术提供的对比例2金相组织；
[0029]图5是本专利技术提供的对比例3金相组织；
[0030]图6是本专利技术提供的实施例1析出相TEM分析图；
[0031]图7是本专利技术实施例1和对比例1拉伸变形前XRD图：采取现有对比例1的热处理工艺获得的样品不含奥氏体，而采用本专利技术热处理工艺获得的样品中含有一定量的奥氏体；
[0032]图8是本专利技术实施例1拉伸变形前后XRD图：可以发现经过拉伸变形后奥氏体衍射峰消失，存在明显的TRIP效应；
[0033]图9是本专利技术对比例2拉伸变形前后XRD图：采取现有的对比例2热处理工艺获得样品含有少量奥氏体，奥氏体衍射峰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述方法通过在传统马氏体不锈钢组分中加入特定量的Cu，同时对热处理工艺进行调整，从而在细化的马氏体基体中引入两种类型的纳米析出相及特定含量的奥氏体，使制备的马氏体不锈钢在细晶强化、复合析出强化和TRIP效应的协同作用下能够同时提高强度和延伸率。2.根据权利要求1所述的高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述Cu的质量百分比具体为3.20％～5.00％。3.根据权利要求1所述的高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，调整后的热处理工艺内容包括：低温固溶处理：800℃～850℃的环境下对马氏体不锈钢进行固溶处理，处理时间为0.5～1h，然后迅速油冷至室温；该固溶处理使基体中含有特定量的奥氏体，并且获得尺寸较小的原奥氏体晶粒和细化的板条马氏体基体；时效处理：在低于奥氏体转变初始温度环境下对马氏体不锈钢进行时效处理。4.根据权利要求3所述的高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，时效处理温度为460℃～480℃，处理时间为3h～4h，然后迅速空冷至室温。5.根据权利要求3所述的高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，板条马氏体基体的板条宽度为180nm～220nm。6.根据权利要求3所述的高强高韧沉淀硬化马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，热处理工艺之前的步骤还包括：对加入Cu后的初始铸锭进行高温锻造加工；锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：高克玮，檀林浩，李冬冬，徐秋发，庞晓露，颜鲁春，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：