【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料领域，具体涉及一种复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材及其制备方法，可应用于航空航天、石油、化工、能源和动力领域。
技术介绍
1、随着近几十年的航空航天工业的迅猛发展，飞机向长寿命、高可靠性方向的发展，对材料耐腐蚀性能的要求越来越高，采用高强度不锈钢制作某些重要零部件已成为主要发展趋势，这使得高性能不锈钢材料成为航空产品达到高性能、长寿命与高可靠性的重要物质与技术基础。据统计显示，这些高性能不锈钢，几乎都是沉淀硬化型不锈钢。
2、沉淀硬化不锈钢一般是通过加入硬化元素在时效热处理过程中析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以达到硬化效果，从而获得高强度、高韧性及高耐蚀性。马氏体沉淀硬化不锈钢通常是在马氏体状态下服役，其性能可以通过马氏体的形成与沉淀硬化机理中的一种或两种共同作用来获得，通过改变时效温度还可以在相当宽的范围内调整其机械性能。由于它采用马氏体相变和沉淀硬化机理，弥补了奥氏体钢强度较低及马氏体钢热处理至高强度后，抗腐蚀能力降低等不足。
3、由于强度高、耐腐蚀，沉淀硬化型超高强度不锈钢广泛应用于飞机的一些关键承力结构件如起落架、大梁、大应力接头、高应力紧固件。除了航空航天领域，在医疗、石油及天然气、能源、汽车、手工工具、消费品领域这种高性能不锈钢等也有很高的需求量特别是强度超过1700mpa的超高强度不锈钢。
4、中国专利cn105714063b和cn200810034926.7分别提出了使用cu元素强化的两种沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，通过真空熔炼铸锭，锻造开坯，挤
5、中国专利cn201610591787提出了一种al元素强化的马氏体沉淀硬化不锈钢，通过真空感应+电渣熔炼铸锭，开坯锻造，热处理等，制造出高强度、高韧性的沉淀硬化不锈钢型材。但是，其最终成品强度仅1500mpa左右，硬度hrc约43。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材及其制备方法，该不锈钢棒材的抗拉强度不低于1710mpa，断裂韧性kic≥80mpa√m，硬度hrc≥47，耐腐蚀性良好，易于加工，可以用于对强度，韧性和耐腐蚀性能都有较高要求的航空航天领域，也可应用于石油、化工、能源和动力领域。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其成分重量百分比为：c≤0.01％、s≤0.004％、p≤0.008％、si≤0.10％、mn≤0.10％、cr 10.50～11.50％、ni 10.50～11.50％、mo 1.50～2.50％、cu 0.10～0.50％、ti＝cu*1.5、1.3≤al≤2.05-ti、n≤0.002％，余量包含fe及其它不可避免的杂质。
4、进一步，cr当量/ni当量的比值≤2.2，其中，
5、cr eq(％)＝cr+1.5si+mo+2ti+5.5al；
6、ni eq(％)＝ni+0.5mn+30c+26n+0.3cu。
7、又，余量为fe及其它不可避免的杂质
8、本专利技术所述不锈钢棒材的抗拉强度≥1710mpa，断裂韧性kic≥80mpa√m，硬度hrc≥47。
9、在本专利技术所述不锈钢棒材的成分设计中：
10、碳(c)是一种间隙固溶元素，可以显著提高钢的基体强度，它可以稳定奥氏体，抑制δ铁素体形成。但它在奥氏体和铁素体中的溶解度有限，过高的碳含量会降低钢的韧性，而且会导致热处理过程中析出m23c6型碳化物，降低钢的耐晶间腐蚀性能。除此之外，本专利技术含有ti元素，容易与钢中的c、n生成尖锐的四边形的ti(c、n)夹杂，从而严重降低不锈钢的韧性。因此本专利技术中碳含量控制在0.01％以下。
11、铬(cr)是一种铁素体稳定化元素，它在不锈钢中主要提高耐腐蚀性和抗氧化性，研究表明钢中最少含有10.5％的cr才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜。不锈钢的耐蚀性能随cr的含量提高而增强。但过高的cr含量会促进δ高温铁素体相生成，降低不锈钢的热加工性能和室温的纵横向一致性，同时在冶炼时还容易导致金属偏析的发生，因此本专利技术的铬含量控制在10.50-11.50％，优选10.50-11.00％。
12、镍(ni)是一种奥氏体稳定化元素，可以扩大奥氏体相区，从而保证不锈钢具有良好的塑性变形的特性。镍含量增加可以有效降低δ铁素体含量。镍能改善铬的氧化膜成分、结构和性能，从而提高不锈钢的耐腐蚀和耐氧化性，另外还可以显著降低不锈钢的冷加工硬化倾向。但过高的镍含量会导致生产成本上升，综合考虑，本专利技术的镍含量控制在10.50-11.50％，优选11.00-11.50％。
13、由于本专利技术cr含量较高，为防止产生残余高温铁素体δ导致力学性能恶化，cr当量除以ni当量的比值应小于等于2.2，其中cr当量按公式cr eq(％)＝cr+1.5si+mo+2ti+5.5al计算，ni当量按公式ni eq(％)＝2ni+0.5mn+30c+26n+0.3cu计算。除此之外，在实际生产过程中，钢锭在锻造生产加热时，需要在加热至1150-1260℃保温不低于15小时，以消除铸锭中由于非平衡凝固产生的残余的δ高温铁素体。
14、钼(mo)对马氏体不锈钢的强度、韧性及耐蚀性都有利。富钼析出物在时效初期析出时，不仅能起到强化作用，还能保持钢的韧性，对钢的强韧化起着重要的作用。钼的存在也可以阻碍析出相析出在原奥氏体晶界上，避免了沿晶断裂，提高钢的断裂韧性。在一些还原性的介质中，钼元素还能促进cr的钝化作用。因此钼能提高铬镍不锈钢在一些还原性酸，如硫酸、盐酸、磷酸及一些有机酸中的耐蚀性，并能有效地抑制氯离子对钢的点腐蚀倾向，提高抗晶间腐蚀的能力。由于钼同镍一样，也是奥氏体形成元素，所以钼元素不能过量，过量添加会生成残留奥氏体，从而影响拉伸强度，因此本专利技术的钼含量控制在1.50-2.50％。
15、铜(cu)是不锈钢中主要的沉淀强化元素，通过固溶时效热处理，在马氏体基体中析出弥散的ε富铜相产生沉淀硬化而使钢强化。适当提高钢中铜含量可以降低钢中δ铁素体含量；铜也是较弱的奥氏体形成元素。在腐蚀环境中，含铜元素的钢在氧化层的保护下能形成铜的聚集层，它能有效的防止氧化铁继续腐蚀金属内部，阻止腐蚀扩散，故在马氏体时效不锈钢中加入铜，能提高钢在硫酸和盐酸中的耐蚀性，添加铜元素也能增强钢的耐应力腐蚀的能力，但过多的铜会在不锈钢热加工时引起铜脆；综合考虑，本专利技术的铜含量控制在0.10-0.50％。
16、钛(ti)在在不锈钢中是最有效的强化合金元素。一般情况下添加适量的钛具有显著的时效强化作用，主要是在时效过程中会形成ni3ti强化相。但是过多的钛元素极容易与钢中的c、n生成尖锐的四边形的ti(c、n)夹杂，还能与mo元素形成坚硬的多角形的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其成分重量百分比为：C≤0.01％、S≤0.004％、P≤0.008％、Si≤0.10％、Mn≤0.10％、Cr 10.50～11.50％、Ni 10.50～11.50％、Mo 1.50～2.50％、Cu 0.10～0.50％、Ti＝Cu*1.5、1.3≤Al≤2.05-Ti、N≤0.002％，余量包含Fe及其它不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其特征在于，Cr当量/Ni当量的比值≤2.2，其中，
3.如权利要求1或2所述的复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其特征在于，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
4.如权利要求1或2或3所述的复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其特征在于，所述不锈钢棒材的抗拉强度≥1710MPa，断裂韧性KIC≥80MPa√m，硬度HRC≥47。
5.如权利要求1～4中任何一项所述的复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其成分重量百分比为：c≤0.01％、s≤0.004％、p≤0.008％、si≤0.10％、mn≤0.10％、cr 10.50～11.50％、ni 10.50～11.50％、mo 1.50～2.50％、cu 0.10～0.50％、ti＝cu*1.5、1.3≤al≤2.05-ti、n≤0.002％，余量包含fe及其它不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的复合沉淀强化的超高强度不锈钢棒材，其特征在于，c...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐锋，赵欣，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：
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