一种新型超高强度钢材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料发明技术，涉及一种新型超高强度钢材及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当前人们在超高强度钢设计方面，更注重抗应力腐蚀性能。由于先进飞机机动性 更强，可在任何条件下飞行，抗应力腐蚀性能尤为重要。必须结合海洋和气候特点重点突出 耐腐蚀性能。迫切需要既有超高强(〇b 2 1900MPa)、耐腐蚀性等同于不锈钢(零件取消电镀， 降低零件的维护成本）。以制造重量轻、可靠性高、寿命长的起落架等关键承力构件。目前使 用的PH13-8MO等第二代不锈钢强度较低，限制了其使用范围。300M、AerMet100 等同属结构 钢，强度很高，但对应力腐蚀和氢脆比较敏感，由于上述原因，用其制造的零件必须采用电 镀进行表面防护，不利于环境保护，增加了零件发生氢脆断裂的可能性，增大了零件维护的 成本。国外研制出强度与300M和AerMetlOO相当，耐腐蚀性能等同于15-5PH的超高强度钢 S53,但S53断裂韧度较低，材料规范要求断裂韧虔
。为保证材料具有优 良的抗疲劳性能，断裂韧度(Κκ)应不低于
，
[0003] 本发明提出一种新型材料成分及制备方法"梁取本发明方法制造的新型结构材 料，其拉伸强度不低于1900MPa，断裂韧度大吁
[0004] 目前国内外没有该新型超高强度钢成分及制备的方法，也未检索到国际上该材料 成分及制备技术的公开文献。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是:提出一种拉伸强度不低于1900MPa，断裂韧度大于9 (MPa λ/τ?ι的 超高强度钢材及其制备方法。
[0006] 本发明的技术方案是:本发明属于新材料发明，涉及一种新型材料成分及制备方 法。
[0007] 提供一种超高强度钢材，该钢材由(：、〇、(：0、附、10、￥^6元素组成，其中元素(：、 Cr、Co、Ni、Mo、V、W的质量百分比为0· 1~0.3%、6~16%、8~17%、2~10%、1~7%、0~ 0 · 8 %、0~3 % ·余量为Fe元素。
[0008] 所述的超高强度钢材在制备后可能会含有杂质，但杂质的质量百分含量很小，具 体如下所示：Si含量小于0 . 1 %、Mn含量小于0.1 %、A1含量小于0.01 %、Ti含量小于 0.015 %、S含量小于0.005 %、P含量小于0.008 %、Cu含量小于0.2 %、La含量小于0.2 %、Nb 含量小于0.3%。
[0009] 上述的超高强度钢材的制备方法如下：
[0010] 步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金属Mo、纯金 属Ni、纯金属V、纯金属Nb、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元素的纯度均不低 于 99 · 5 % ;(杂质元素要求是：为S<0.001%，P<0.002%，Mn<0.1%，Si<0.1%;)
[0011]步骤2、采用真空感应炉对步骤1中的高纯炉料进行熔炼，熔化温度为1490 °C~ 1530°C，炉内抽真空的真空度不高于5Pa;
[0012 ]步骤3、熔炼后将炉料浇铸成电级棒，再将电级棒脱模缓冷；
[0013 ]步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，扒皮厚度为15_~25_;
[0014] 步骤5、采用真空自耗熔炼炉对扒皮后的电级棒进行重熔，重熔步骤具体为:首先 焊接电极棒;然后将炉内抽真空至真空度<〇.5Pa;之后，起弧，电流为1~1.5万安培;再后， 进行熔炼，熔炼速度为350~440kg/h，电流为0.9~1.3万安培，电压为22V~26V;最后，浇铸 并脱模缓冷得到钢锭；
[0015] 步骤6、对脱模缓冷后的钢锭扒皮，扒皮厚度为15mm~25mm;
[0016] 步骤7、将扒皮后的钢锭在炉中进行加热，加热温度为1150 °C~1160 °C，透烧后保 温2小时；
[0017] 步骤8、在锻机上对加热后的钢锭进行两次镦拔，镦拔温度均为1140°C~1150°C， 两次镦拔的终锻温度2 900°C，镦拔后缓冷至环境温度;其中，第一次镦拔的锻比为10~12， 第二次镦拔的锻比为13~15,钢锭经两次镦拔后成为钢棒；
[0018] 步骤9、在锻机上将所述的钢棒锻造为锻件，锻造温度为1140°C~1150Γ，终锻温 度2 900°C，锻后缓冷至环境温度，将锻造后的锻件加热至680°C~700°C，保温时间为8~16 小时，并通过空气冷却进行退火处理；
[0019] 步骤10、预备热处理:将锻造后的锻件加热至1080°C，保温1小时后空冷至环境温 度，再加热至680°C~700°C，保温8~16小时后空冷至环境温度；
[0020] 步骤11、最终热处理:将锻件加热至1080°C±10°C，保温60min~75min后进行油淬 火;在淬火完成后8小时内进行冷处理，冷处理温度为_73°C±8°C，保温时间不小于2小时， 之后在自然状态下回温至环境温度;再对锻件进行回火热处理，回火温度为540°C~550°C ±3°C，保温时间为4~5小时，之后空气冷却至环境温度。
[0021] 本发明的刚材，其测试的力学性能为拉伸性能和断裂韧度，拉伸强度不低于 1900MPa，断裂韧度大于
，
[0022]本发明的优点是：使用本发明方法制备的新型超高强度钢S280,强度（〇b)大于 1900MPa，断裂韧度(Κκ)大于
，可用于制造先进武器装备要求强度高、耐腐蚀的重 要承力件。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明做进一步详细说明。一种新型材料成分及制备方法。提供一种超高 强度钢材，该钢材由(：、0、(：〇、附、1〇、￥、1小6元素组成，其中元素(：、0、(：〇、附、1〇、￥、1的质量 百分比为0.1~0.3%、6~16%、8~17%、2~10%、1~7%、0~0.8%、0~3%.余量为卩〇元 素。
[0024] 所述的超高强度钢材在制备后可能会含有杂质，但杂质的质量百分含量很小，具 体如下所示：Si含量小于0 . 1 %、Μη含量小于0.1 %、A1含量小于0.01 %、Ti含量小于 0.015 %、S含量小于0.005 %、P含量小于0.008 %、Cu含量小于0.2 %、La含量小于0.2 %、Nb 含量小于0.3%。
[0025]上述的超高强度钢材的制备方法如下：
[0026 ] 步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金属Mo、纯金 属Ni、纯金属V、纯金属Nb、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元素的纯度均不低 于 99 · 5 % ;(杂质元素要求是：为S<0.001%，P<0.002%，Mn<0.1%，Si<0.1%;)
[0027] 步骤2、采用真空感应炉对步骤1中的高纯炉料进行熔炼，熔化温度为1490 °C~ 1530°C，炉内抽真空的真空度不高于5Pa;
[0028] 步骤3、熔炼后将炉料浇铸成电级棒，再将电级棒脱模缓冷；
[0029 ]步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，扒皮厚度为15_~25_;
[0030]步骤5、采用真空自耗熔炼炉对扒皮后的电级棒进行重熔，重熔步骤具体为:首先 焊接电极棒;然后将炉内抽真空至真空度<〇.5Pa;之后，起弧，电流为1~1.5万安培;再后， 进行熔炼，熔炼速度为350~440kg/h，电流为0.9~1.3万安培，电压为22V~26V;最后，浇铸 并脱模缓冷得到钢锭；
[0031 ]步骤6、对脱模缓冷后的钢锭扒皮，扒皮厚度为15mm~25mm;
[0032]步骤7、将扒皮后的钢锭在炉中进行加热，加热温度为1150 °C~1160°C，透烧后保 温2小时；
[0033]步骤8、在锻机上对加热后的钢锭进行两次镦拔，镦拔温度均为1140°C~1150°C， 两次镦拔的终锻温度2 900°C，镦拔后缓冷至环境温度;其中，第一次镦拔的锻比为10~12， 第二次镦拔的锻比为13~15,钢锭经两次镦拔后成为钢棒；
[0034]步骤9、在锻机上将所述的钢棒锻造为锻件，锻造温度为1140°C~1150Γ，终锻温 度2 900°C，锻后缓冷至环境温度，将锻造后的锻件加热至680°C~700°C，保温时间为8~16 小时，并通过空气冷却进行退火处理；
[0035] 步骤10、预备热处理:将锻造后的锻件加热至1080°C，保温1小时后空冷至环境温 度，再加热至680°C~700°C，保温8~16小时后空冷至环境温度；
[0036] 步骤11、最终热处理:将锻件加热至1080°C±10°C，保温60min~75min后进行油淬 火;在淬火完成后8小时内进行冷处理，冷处理温度为_73°C±8°C，保温时间不小于2小时， 之后在自然状态下回温至环境温度;再对锻件进行回火热处理，回火温度为540°C~550°C ±3°C，保温时间为4~5小时，之后空气冷却至环境温度。
[0037] 实施例1:S280成分1制备 [0038] 制备步骤如下：
[0039] 步骤1、选取高纯炉料，所述的高纯炉料包括纯金属Co、纯金属Cr、纯金属Mo、纯金 属Ni、纯金属V、纯金属W以及纯金属Fe，且上述的所有纯金属元素的纯度均不低于99.5%; (杂质元素要求是：为S<0.001%，P<0.002%，Mn<0.1%，Si<0.1% ;)
[0040]步骤2、真空感应熔炼;采用国产200kg真空感应炉进行熔炼;熔炼温度为1520°C ; 炉内抽真空，真空度为4Pa;
[0041 ]步骤3、浇铸成Φ 200mm电级棒;钢锭脱模缓冷；
[0042] 步骤4、利用机加工对电级棒扒皮，