一種2100MPa納米貝氏體鋼及其制備方法
【專利摘要】一種2100MPa納米貝氏體鋼及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明通過真空感應(yīng)爐冶煉出符合設(shè)定成分控制范圍的鋼水并澆鑄成鑄坯。鑄坯經(jīng)過鍛造和熱軋后，再經(jīng)高溫等溫、鹽浴冷卻和低溫鹽浴等溫，利用低溫長時間等溫鹽浴，使貝氏體轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行，獲得細(xì)小的納米尺寸貝氏體鐵素體。制備出的這種納米貝氏體超高強鋼，最終性能滿足抗拉強度在1600-2100MPa，延伸率在6%-12%（A25標(biāo)距）。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，操作可行，可實現(xiàn)2100MPa納米貝氏體鋼用于裝甲車、坦克中的裝甲板以及需要滿足超高強度的大型器件的生產(chǎn)。
【專利說明】一種2100MPa納米貝氏體鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及到一種2100MPa納米貝氏體鋼及其制備方法，其主要涉及到制備一種超高強度，具有納米尺寸貝氏體鐵素體板條和薄膜狀殘余奧氏體組成的雙相組織的貝氏體鋼，在高碳鋼中添加Si元素能夠抑制脆性的滲碳體的析出，得到無碳化物的貝氏體組織，從而改善韌性，添加Co和Al元素能夠加速貝氏體低溫轉(zhuǎn)變速率，從而獲得較高體積分?jǐn)?shù)的納米尺寸貝氏體鐵素體板條和一定的殘余奧氏體，使最終的納米貝氏體鋼具有超高的強度和一定的延展性。
【背景技術(shù)】
[0002]2003 年，Caballero 和 Bhadeshia 等發(fā)現(xiàn)，將含碳量在 0.75 -0.98% 的Fe-S1-Mn-Cr-Mo-V鋼及其添加Co或Co+Al的高硅高碳低合金鋼在T=0.25Tm(Tm為熔點)的低溫條件下進(jìn)行長達(dá)數(shù)天的等溫?zé)崽幚砗?，可獲得極為細(xì)小的納米級貝氏體組織，其由厚度僅為20-40nm的極薄貝氏體鋼中鐵素體板條及其板條間富碳的殘余奧氏體薄膜組成。這種組織的貝氏體被稱為低溫貝氏體(Low Temperature Bainite),超級貝氏體鋼(SuperBainite)或納米貝氏體(ΝΑΝ0ΒΑΙΝ)。
[0003]2008年I月14日，英國國防科技試驗室(DSTL)與劍橋大學(xué)和奎奈蒂克公司聯(lián)合研發(fā)獨特超硬度鋼裝甲，以挽救更多英國裝甲部隊士兵的生命。該裝甲采用納米貝氏體鋼，表面具有排列有序的小孔，已在國防部實彈射擊場完成測試，測試結(jié)果較好。在英國國防部成功完成納米貝氏體鋼工業(yè)生產(chǎn)測試之后，由DSTL與康力斯鋼鐵集團(tuán)(Corus)公司和Bodycote熱處理公司聯(lián)合開發(fā)一種國產(chǎn)特種高硬度鋼裝甲。在降低成本的條件下，納米貝氏體鋼裝甲能夠與其他國家最好鋼裝甲的彈道防護(hù)性能相媲美。
[0004]納米貝氏體的力學(xué)性能與馬氏體時效鋼接近，但其成本只是馬氏時效鋼的1/90，而且只要通過常規(guī)加工方法而不需要快`速冷卻或機械加工就可以進(jìn)行大塊批量加工，有望成為物美價廉的新型高強度鋼，開發(fā)潛能巨大，極具應(yīng)用前景，特別是在國防領(lǐng)域，英國已率先將納米貝氏體鋼應(yīng)用于裝甲列車、大型器件上。納米貝氏體鋼是發(fā)展超高強鋼、超細(xì)晶鋼、納米結(jié)構(gòu)鋼鐵材料和大件鋼的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于利用高溫均熱和低溫長時間等溫鹽浴相結(jié)合的熱處理方法，生產(chǎn)一種具有超高強度并具有一定延展性的納米貝氏體鋼。
[0006]一種2100MPa納米貝氏體鋼，其特征在于化學(xué)質(zhì)量百分比如下:
[0007]C%:0.5 -1.0,Si%:1.0 -3.0,Μη%:1.0 -3.0,Mo%:0.1 -0.4,Cr%:1.0 -3.0，Co%:1.0 -3.0%, Al:1.0 -3.0%, P%..( 0.01, S%..( 0.01, N% 0.01 ;其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]本發(fā)明采用高溫均熱、高溫終軋和低溫卷取的制備方法，其包括如下步驟:
[0009]I)按上述成分冶煉、鑄造和鍛壓成鋼坯；[0010]2)鋼坯經(jīng)1250-1300°C加熱，保溫I-2小時均熱后，在Α,3以上高溫區(qū)終軋，終軋溫度在880°C-950°C，然后空冷至室溫；
[0011]3)將步驟2)得到的熱軋后的鋼坯加工成所需產(chǎn)品的板形，然后將之加熱到1250-1300°C，保溫15-30min均熱后，放入鹽浴爐中鹽浴冷卻，鹽浴爐溫度恒定在200-300°C，并在此溫度等溫鹽浴10-100h，之后空冷，得到最終的產(chǎn)品。[0012]利用低溫長時間等溫鹽浴，使貝氏體轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行，獲得細(xì)小的納米尺寸貝氏體鐵素體，是本發(fā)明使這種雙相組織具有超高強度的主要特征。
[0013]各元素的含量要求和作用:
[0014]C:C的增加主要使CCT曲線明顯右移，降低Ms點的同時，擴大Ms與Bs的溫度區(qū)間，使得在低溫等溫貝氏體轉(zhuǎn)變時，馬氏體不易生成，從而能夠獲得更加細(xì)小的貝氏體鐵素體板條。C含量過低，會使Ms點升高，不利于低溫保溫獲得納米尺寸的貝氏體鐵素體板條；C的含量不能過高,過高則會有珠光體生成以及碳化物的粗化,會使成型性變差。
[0015]Si =Si抑制脆性的滲碳體的析出，因而導(dǎo)致韌性的改善；當(dāng)Si含量過高時，會加速碳化物的析出，使碳化物粗化，使成型性能變差。
[0016]Mn:Mn是強固溶強化元素，當(dāng)Mn含量過高時，會有偏析或硬質(zhì)相形成，使成型性變差。
[0017]Mo =Mo的主要作用是提高淬透性以及提高鋼的二次硬化能力。
[0018]Cr:Cr是固溶強化元素，能夠提高淬透性。
[0019]Co =Co的添加增大奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的自由能，加速貝氏體轉(zhuǎn)變速率，使貝氏體轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行。Co含量過低，使貝氏體轉(zhuǎn)變速率降低，不利于貝氏體的生成；Co含量過高，會使Ms點升高，不利于低溫保溫獲得納米尺寸的貝氏體鐵素體板條。
[0020]Al:其作用同Co，同樣能加速貝氏體轉(zhuǎn)變速率，使貝氏體轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行。Al含量過低，使貝氏體轉(zhuǎn)變速率降低，不利于貝氏體的生成；A1含量過高，會使Ms點升高，不利于低溫保溫獲得納米尺寸的貝氏體鐵素體板條，同時使鋼的塑性變差。
[0021]P:P是有害元素，當(dāng)P含量過高時，會有偏析出現(xiàn)，使成型性變差；
[0022]S:S是有害元素，S含量越低越好，當(dāng)S含量較高時，會使成型性變差；
[0023]N:N含量越低越好，當(dāng)N含量較高時，會使氮化物粗化，使成型性變差。
[0024]通過向鋼中添加一定量的Co和Al，能夠加速低溫貝氏體的轉(zhuǎn)變速率，大大縮短了納米貝氏體鋼的生產(chǎn)時間。
[0025]本發(fā)明課題組通過大量的反復(fù)試驗研究得出結(jié)論，通過向高碳高硅鋼中添加適量的Co和Al元素，在高溫奧氏體區(qū)長時間等溫，并在低溫長時間等溫鹽浴進(jìn)行貝氏體轉(zhuǎn)變，從而獲得納米尺寸貝氏體鐵素體板條和薄膜狀殘余奧氏體組成的雙相組織，這種雙相組織的貝氏體鋼能夠達(dá)到2100MPa級別的強度。這樣就能獲得具有超高強度和一定延展性的2IOOMPa納米貝氏體鋼。
[0026]本發(fā)明的有益效果:
[0027]I)具備超高的強度和一定的延展性。本發(fā)明涉及到的鋼種的抗拉強度為1600-2IOOMPa,延伸率在 6%-12%ο
[0028]2)操作可行，設(shè)備簡單。本發(fā)明都采用常規(guī)的冶煉和軋鋼設(shè)備，而且熱軋工藝及熱處理工藝簡易可行，目前大部分工業(yè)生產(chǎn)線均能在現(xiàn)有的設(shè)備上進(jìn)行生產(chǎn)。[0029]3)應(yīng)用前景廣泛。本發(fā)明制備出的納米貝氏體鋼的力學(xué)性能與馬氏體時效鋼接近，但其成本只是馬氏時效鋼的1/90，有望成為物美價廉的新型高強度鋼，開發(fā)潛能巨大，極具應(yīng)用前景，特別是在國防領(lǐng)域，英國已率先將納米貝氏體鋼應(yīng)用于裝甲車、大型器件上。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0030]圖1為熱軋工藝示意圖。
[0031]圖2為軋后熱處理工藝示意圖。
[0032]圖3為應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖。
[0033]圖4納米貝氏體鐵素體和薄膜狀殘余奧氏體形貌示意圖。
【具體實施方式】
[0034]根據(jù)表I所給出的化學(xué)成分，采用電磁感應(yīng)爐真空熔煉，對鑄造的坯料鍛造成鋼坯，以進(jìn)行后續(xù)工藝。
[0035]表I為各成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)
[0036]表I
【權(quán)利要求】
1.一種2100MPa納米貝氏體鋼，其特征在于化學(xué)質(zhì)量百分比如下:
C%:0.5 ~1.0,Si%:1.0 ~3.0,Μη%:1.0 ~3.0,Mo%:0.1 ~0.4,Cr%:1.0 ~3.0,Co%:1.0 ~3.0%, Al:1.0 ~3.0%, P% S 0.01，S% S 0.01，N%:≤ 0.01 ;其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種2100MPa納米貝氏體鋼的制備方法，其特征在于制備步驟如下: O按權(quán)利要求1所述成分冶煉、鑄造和鍛壓成鋼坯； 2)鋼坯經(jīng)1250~1300°C加熱，保溫I~2小時均熱后，在Ari以上高溫區(qū)終軋，終軋溫度在880°C~950°C，然后空冷至室溫； 3)將步驟2)得到的熱軋后的鋼坯加工成所需產(chǎn)品的板形，然后將之加熱到1250~13000C，保溫15~30min均熱后，放入鹽浴爐中鹽浴冷卻，鹽浴爐溫度恒定在200~300°C，并在此溫度等溫鹽浴10~100h，之后空冷，得到最終的產(chǎn)品。
【文檔編號】C22C38/34GK103451549SQ201310423172
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】趙愛民, 何建國, 黃耀, 郭錦, 趙復(fù)慶, 汪小培, 武會賓, 趙征志, 唐荻, 米振莉 申請人:北京科技大學(xué)