一種高強(qiáng)鋼合金及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)鋼合金及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼合金塑性變形能力不及鋁和鋼，增加了鋼合金塑性加工的難度和生產(chǎn)制備成本，為此近年的新型鋼合金開發(fā)研究中，已經(jīng)開始重視通過變形鋼合金中合金相設(shè)計(jì)和采用新變形工藝等方式，在保證一定強(qiáng)度的同時(shí)更注重提高鋼合金的塑性加工能力。
[0003]由于鋼合金剛度和強(qiáng)度高，而且有著優(yōu)良導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性能、阻尼性能、切削加工性和減震性能，同時(shí)具有尺寸穩(wěn)定、無污染、易回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，是結(jié)構(gòu)輕量化理想材料，在汽車、航空航天、國防及3C產(chǎn)品等工業(yè)中有著廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。然而由于鋼合金絕對(duì)強(qiáng)度低，室溫變形能力較差，易氧化燃燒、易腐蝕等缺陷，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用，目前鋼合金的應(yīng)用遠(yuǎn)不如鋁合金廣泛。因此，提高鋼合金強(qiáng)度使其具有良好的綜合性能，是新型鋼合金開發(fā)的熱點(diǎn)，同時(shí)高強(qiáng)度鋼合金開發(fā)對(duì)拓展鋼合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
[0004]因此，這兩大體系鋼合金大量應(yīng)用于承載結(jié)構(gòu)件受到限制。而要想提高鋼合金的強(qiáng)度可以通過添加顆?；蚶w維增強(qiáng)相來提高合金強(qiáng)度，也可以通過強(qiáng)烈塑形變形或粉末冶金等復(fù)雜的制備方法來提高合金輕度。但上述兩種方法均無法制備大尺寸鋼合金結(jié)構(gòu)件，因此其應(yīng)用受到限制。添加合金元素強(qiáng)化鋼合金是提高鋼合金強(qiáng)度的一種簡單有效且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，目前在高強(qiáng)鋼合金開發(fā)過程中通過添加大量的合金元素來提高強(qiáng)度使用的最為普遍。在提高鋼合金性能的各種合金元素中，多種稀土元素聯(lián)合使用時(shí)強(qiáng)化效果最好。目前，高強(qiáng)鋼合金的開發(fā)一般含兩種及兩種以上稀土元素。另外，稀土元素在鑄造鋼合金中有凈化、除氣和排渣作用，能有效減少氣體、氧化物和有害元素的影響。同時(shí)，部分稀土元素能夠細(xì)化合金組織或擴(kuò)散固溶于基體內(nèi)部以強(qiáng)化鋼合金的力學(xué)性能，還可以在金屬中形成稀土化合物，這些化合物在鋼合金基體的晶界處產(chǎn)生偏聚，進(jìn)而增加了位錯(cuò)密度，增大了晶格畸變程度，從而達(dá)到強(qiáng)化的目的。大量稀土元素的加入雖然可以大大提高鋼合金的強(qiáng)度，
但隨之而來的是鋼合金材料價(jià)格比較高，高稀土鋼合金大量應(yīng)用受到限制。因此開發(fā)無稀土或含少量稀土元素的高強(qiáng)鋼合金具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)鋼合金及其制備方法，該工藝方法成本低且簡便易行，獲得的鋼合金具有較高的強(qiáng)度，使得此類鋼合金具有比傳統(tǒng)商業(yè)鋼合金優(yōu)越的力學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)鋼合金，各組份及其質(zhì)量百分比為:1.f 11.0%的Cr，5.0?9.0% 的 Bi,6.0%?11.0% 的 Zn,8.0%?13.0% 的 Y,0.3?0.9% 的 Ti,0.5?4.0% 的 Nb,雜質(zhì)元素S1、Cu和Ni的總量小于0.01%，F(xiàn)e為余量。
[0007]本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)鋼合金的制備方法，其主要包括以下幾個(gè)步驟:
(1)將Fe、Cr、B1、Zn、Y、Nb和Ti按權(quán)利要求1所述的成分配料，其中Fe、Cr、Bi和Zn以工業(yè)純Fe、純Cr、純Bi和純Zn的形式添加，Y、Nb和Ti分別以Fe_25 (或50) wt.%Y、Zn-30wt.%Nb和Fe_30wt.%Ti中間合金的形式添加；
(2)將權(quán)利要求1中的(I)中原料分別置于烘箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為15(T200°C，預(yù)熱時(shí)間為2?3h ；
(3)將熔化爐升溫至85(T90(TC，將已預(yù)熱的純Fe和Fe-Y中間合金放入熔化爐中進(jìn)行熔化，熔化過程中需通入保護(hù)氣體和覆蓋劑，待上述原料全部熔化后，采用攪拌器對(duì)合金液攪拌5?10min使其均勻混合，然后清除合金液表面的熔渣；
(4)將上述合金液升溫至92(T950°C加入金屬Bi，中間合金完全熔化后進(jìn)行攪拌，將合金液進(jìn)一步升溫至98(Tl00(TC后分批次加入Fe-Ti和Zn-Nb中間合金，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁粚⒑辖鹨簻囟冉抵?2(T740°C加入純Cr和純Zn，待純Cr和純Zn完全熔化后；采用Ar氣和溶劑對(duì)合金液進(jìn)行精煉處理，熔體經(jīng)攪拌和扒渣后在70(T72(TC保溫靜置3(T60min進(jìn)行鑄造；
(5)將鑄造的錠坯放入帶有循環(huán)風(fēng)的電阻式加熱爐中進(jìn)行雙級(jí)均勻化處理，均勻化處理制度為:在35(T400°C保溫5?8h后升溫至50(T530°C保溫10?15h ；
(6)將均勻化后的錠坯進(jìn)行表面車削，將錠坯直徑和長度加工到與擠壓機(jī)擠壓筒內(nèi)徑和長度相匹配；將加工好的錠坯放入加熱爐中加熱到34(T420°C，保溫5?1h ；
(7)將加熱好的錠坯放入事先預(yù)熱的擠壓筒中進(jìn)行擠壓，擠壓速度為l.(T5.0m/min,擠壓筒預(yù)熱溫度為32(T40(TC，擠壓比為1(Γ50:1，得到擠壓棒材；
(8)將獲得的擠壓棒材進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，其工藝制度為:在12(Tl60°C保溫:T8h后升溫至18(T220°C保溫3(T80h，空冷，制得高強(qiáng)度鋼合金材料。
[0008]所述鑄造采用低頻電磁油滑半連續(xù)鑄造方法，鑄造工藝制度為:電磁場頻率為20?30Ηζ，磁場強(qiáng)度為15?30mT，鑄造速度為2(T80mm/min，冷卻水量為5(T400L/min，結(jié)晶器為鍛鋁套結(jié)晶器。
[0009]所述的保護(hù)氣體為SF6+C02+Ar混合氣體，SF6: CO2: Ar體積比為0.5:40:50。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明的高強(qiáng)鋼合金與其他高強(qiáng)鋼合金相比稀土元素較少，所用原材料易于獲得，成本低,性價(jià)比高,易于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0011](2)本發(fā)明工藝簡單，所用設(shè)備為常規(guī)通用設(shè)備，易于移植和操作，成本低，可明顯改善合金強(qiáng)度低的問題，可解決鋼合金由于強(qiáng)度低而限制其應(yīng)用的難題，也可擴(kuò)大鋼合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0012](3)本發(fā)明提供的合金組分及其方法制備的鋼合金室溫拉伸性能為:抗拉強(qiáng)度為3410?3450MPa，屈服強(qiáng)度為 350?380MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的簡單改進(jìn)都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
[0014]本實(shí)施例中Fe,Cr,Bi和Zn分別以鐵錠(99.95%)、鉻錠(99.99%)、鉍錠(99.99%)和鋅錠(99.95%)加入，Y、Nb和Ti均采用中間合金的形式加入，各中間合金組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:Fe-25 (或 50) %Y、Zn_30%Nb 和 Fe_30%Ti。
[0015]本實(shí)施例中在合金鑄造過程中所用的保護(hù)氣體為SF6+C02+Ar混合氣體，SF6: CO2: Ar 體積比為 0.5:40:50。
[0016]根據(jù)國標(biāo)GBT10419-2002的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本實(shí)施例所得各種鋼合金材料進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試。
[0017]實(shí)施例1:
合金的成分(質(zhì)量百分比)為=Cr含量為1.1%，Bi含量為6.0%，Zn含量為7.0%，Y含量為13.0%，Ti含量為0.8%，Nb含量為1.2%，雜質(zhì)元素S1、Cu和Ni的總量小于0.01%, Fe為余量。本實(shí)施例中在合金熔煉過程中所用的覆蓋劑各組份及其重量份為4克硫磺，225克硅藻土，200克硼酸，硅溶膠71