富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法
【專利摘要】一種富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法，按重量百分比計(jì)其組分如下：C為0～0.2%；Cu為0.5～5%；Ni為0.01～4%；Mn為0.01～4%；Al為0.001～2%；Cr為0～12%；Mo為0～3%，W為0～3%，Mo+W不低于0.05%；V為0～0.5%，Ti為0～0.5%，Nb為0～0.5%，V+Ti+Nb不低于0.01%；Si為0～1%；B為0.0005～0.05%；P不高于0.04%；S不高于0.04%；N不高于0.04%；O不高于0.05%；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，經(jīng)熔煉、鑄造和鍛軋后進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，制得以納米團(tuán)簇強(qiáng)化為主并結(jié)合細(xì)晶、固溶和位錯(cuò)強(qiáng)化的鐵素體鋼，獲得優(yōu)異的強(qiáng)韌性、焊接性和耐腐蝕性。
【專利說明】富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法，具體涉及一種富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著資源、環(huán)境壓力日益加大，環(huán)保、節(jié)能越來越受到鋼鐵工業(yè)的重視。開發(fā)節(jié)能、節(jié)材且性能優(yōu)異的超高強(qiáng)度鋼，來滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)和功能要求，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
[0003]傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼，如低溫回火馬氏體組織或下貝氏體組織強(qiáng)化低合金鋼，高溫回火合金碳化物析出物、二次硬化組織強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼，金屬間化合物析出強(qiáng)化馬氏體時(shí)效鋼等，一定程度上達(dá)到了超高強(qiáng)度的要求，但高碳、高合金及熱處理轉(zhuǎn)變要求快冷等特性使其仍存在焊接性能及塑韌性差、成本高、材料尺寸受限等問題。
[0004]隨著納米科技的發(fā)展，利用納米析出相強(qiáng)韌化機(jī)制提高超高強(qiáng)度鋼綜合性能已成為開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼的重要途徑，特別是與采用傳統(tǒng)馬氏體基體相比，在鐵素體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上利用納米析出相強(qiáng)化機(jī)制開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼具有極大的工藝和成本優(yōu)勢(shì)。近來，研究者在Cu納米團(tuán)簇析出強(qiáng)化鋼方面進(jìn)行了初步研究。Cu為面心立方結(jié)構(gòu)元素，在體心立方結(jié)構(gòu)鐵素體基體中固溶度非常小，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚鞢u可從鐵素體基體中析出，形成Cu納米團(tuán)簇析出相，產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度，且研究表明納米團(tuán)簇尺寸越小、析出量越多、析出間距越小、分布越均勻，析出強(qiáng)化效果越好。但目前Cu析出強(qiáng)化鋼中的Cu顆粒尺寸大多在50nm以上 ，且析出量少、析出顆粒間距大、顆粒分布不均，使得Cu顆粒的強(qiáng)化作用有限，所得Cu析出強(qiáng)化鋼的強(qiáng)度大都在100MPa以下，如專利CN101328561A中公開了一種納米級(jí)Cu析出相強(qiáng)化的鉻鐵素體不銹鋼，其中Cu析出顆粒尺寸為50~200nm，利用Cu相析出強(qiáng)化作用得到的強(qiáng)化鐵素體鋼屈服強(qiáng)度不低于300MPa、抗拉強(qiáng)度不低于450MPa、伸長率不低于25%。
[0005]本發(fā)明通過合理調(diào)控合金元素的種類和含量以及熱處理工藝，優(yōu)化Cu納米團(tuán)簇的成核和長大過程，進(jìn)而優(yōu)化納米團(tuán)簇的析出尺寸、數(shù)量和分布，形成濃度高、分布均勻、尺寸細(xì)小的富Cu納米團(tuán)簇，最大程度的發(fā)揮富Cu納米團(tuán)簇的強(qiáng)化作用，同時(shí)結(jié)合細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化等多種強(qiáng)化方式實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化，制成低碳、低成本、綜合性能優(yōu)異的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其中以高濃度、均勻分布、尺寸細(xì)小的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化為主，同時(shí)結(jié)合細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化多種方式實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化，制成具有超高強(qiáng)韌性、優(yōu)良焊接性能和耐腐蝕性能的新型低成本超高強(qiáng)度鐵素體鋼。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種制造上述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法。
[0008]一方面，本發(fā)明提供一種富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組分如下:C為O~0.2% ；Cu為0.5~5% ；Ni為0.01~4% ；Mn為0.01~4% ；Al 為 0.001 ~2% ;Cr 為 O ~12% ;Mo 為 O ~3%，W 為 O ~3%，Mo+ff 不低于 0.05% ;V 為 O ~
0.5%, Ti 為 O ~0.5%,Nb 為 O ~0.5%, V+Ti+Nb 不低于 0.01% ;Si 為 O ~1% ；B 為 0.0005 ~
0.05% ；P不高于0.04% ；S不高于0.04% ；N不高于0.04% ；0不高于0.05% ;余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述富Cu納米團(tuán)簇的組成元素為Cu、N1、Mn、Al。
[0010]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述富Cu納米團(tuán)簇的平均尺寸為3nm，平均間距為2~1nm,每立方微米納米團(tuán)簇?cái)?shù)不低于10，000個(gè)。
[0011]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中還包含復(fù)合納米碳化物(V, Ti, Nb) C,所述納米碳化物的尺寸為5~lOOnm。
[0012]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的基體組織為鐵素體，所述鐵素體的平均晶粒尺寸為I~20 μ m。
[0013]在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的屈服強(qiáng)度為900~1200MPa，拉伸強(qiáng)度為1200~1500MPa，伸長率為10~20%，斷面收縮率為 50% ~80%ο
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供一種制造所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法，其步驟如下:
[0015](I)使所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的化學(xué)組分構(gòu)成的原料組合物依次進(jìn)行熔煉、鑄造和鍛軋；
[0016](2)進(jìn)行固溶處理，然后冷卻至室溫；
[0017](3)進(jìn)行時(shí)效處理，然后冷卻至室溫。
[0018]在本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式中，所述固溶處理在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0019]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述固溶處理在900°C進(jìn)行。
[0020]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述固溶處理進(jìn)行0.1~3小時(shí)。
[0021]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述固溶處理進(jìn)行0.5小時(shí)。
[0022]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述時(shí)效處理在400~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0023]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述時(shí)效處理在550°C進(jìn)行。
[0024]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述時(shí)效處理進(jìn)行0.1~20小時(shí)。
[0025]在本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式中，所述時(shí)效處理進(jìn)行2小時(shí)。
[0026]本發(fā)明通過合理調(diào)控合金元素種類和含量以及熱處理工藝，得到濃度高、分布均勻、尺寸細(xì)小的富Cu納米團(tuán)簇，有效發(fā)揮了納米團(tuán)簇的析出強(qiáng)化作用，并結(jié)合細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化等多種方式進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，獲得了優(yōu)異的強(qiáng)韌性，其中以富Cu納米團(tuán)簇為主強(qiáng)化相，以其析出強(qiáng)化作用為最主要的強(qiáng)化方式，降低了鋼中的碳含量，從而還具有優(yōu)良的焊接性能和塑韌性，此外添加了適量的Cr和Al元素，可形成穩(wěn)定的氧化鉻和氧化鋁保護(hù)膜，Cu還起到提高鋼在大氣和海水中耐腐蝕性的作用，從而綜合提高了鋼的抗氧化和耐腐蝕性能。本發(fā)明綜合優(yōu)化了納米團(tuán)簇強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化的合金元素種類和含量，使用最少量、最合理的合金元素，并且與現(xiàn)有的超高強(qiáng)度馬氏體鋼相比，本發(fā)明的超高強(qiáng)度鐵素體鋼熱處理后可不經(jīng)淬火等快速冷卻工藝，生產(chǎn)尺寸較大，并且適于連鑄連軋生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低。
[0027]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，以所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化為主，并結(jié)合納米碳化物細(xì)晶強(qiáng)化、其他固溶合金元素固溶強(qiáng)化以及位錯(cuò)強(qiáng)化等多種方式實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化，從而獲得強(qiáng)韌性匹配極佳的性能，并具有優(yōu)良的焊接性、耐腐蝕性且成本低，可廣泛應(yīng)用于汽車、艦船、橋梁、管線、能源、電站、海洋工程、建筑結(jié)構(gòu)、壓力容器、工程機(jī)械、集裝箱及國防裝備等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]結(jié)合附圖參照下述詳細(xì)說明本領(lǐng)域技術(shù)人員將更好地理解本發(fā)明的上述及諸多其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NSF104的基體中富Cu納米團(tuán)簇的高分辨透射電鏡照片；
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NSF104的基體中納米碳化物的高分辨透射電鏡照片；
[0031]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NSF104的顯微組織形貌掃描電鏡照片；
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制造的超高強(qiáng)度鐵素體鋼NSF108和對(duì)比鋼T24的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例，列舉這些實(shí)例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發(fā)明。
[0034]本發(fā)明提供一種富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組分如下:C為O~0.2% ；Cu為0.5~5% ；Ni為0.01~4% ；Mn為0.01~4% ；A1為
0.001 ~2% ;Cr 為?~12% ;Mo 為 O ~3%，W 為 O ~3%，Mo+W 不低于 0.05% ;V 為 O ~0.5%,Ti 為 O ~0.5%, Nb 為 O ~0.5%, V+Ti+Nb 不低于 0.01% ;Si 為 O ~1% ；B 為 0.0005 ~0.05% ；P不高于0.04% ；S不高于0.04% ；N不高于0.04% ；0不高于0.05% ;余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0035]以下對(duì)所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中各化學(xué)組分含量范圍的限定理由進(jìn)行說明:
[0036]C:與V、Ti和Nb形成穩(wěn)定的納米碳化物，既能產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用，還能有效細(xì)化鐵素體晶粒，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化作用，從而提高鋼的強(qiáng)度，在本發(fā)明中為了保證鋼的優(yōu)良焊接性能和韌性，僅使用低的碳含量，因此本發(fā)明將C的含量限定在O~0.2% ；
[0037]Cu:納米團(tuán)簇的最主要組成元素，也是本發(fā)明中納米團(tuán)簇強(qiáng)化的最重要元素，利用成本較低的Cu形成納米團(tuán)簇可有效強(qiáng)化鐵素體鋼，減少碳化物強(qiáng)化的應(yīng)用，進(jìn)而可降低鋼中的含碳量，有助于改善鋼的焊接性能和韌性，此外Cu還具有提高鋼在大氣和海水中耐腐蝕性的作用，當(dāng)Cu含量低于0.5%時(shí)，強(qiáng)化效果不明顯，而當(dāng)Cu含量過高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱脆性，對(duì)加工性能不利，因此本發(fā)明將Cu含量限定在0.5~5% ；
[0038]N1:納米團(tuán)簇的組成元素之一，參與納米團(tuán)簇析出強(qiáng)化作用，并能阻礙納米團(tuán)簇長大，有助于細(xì)化納米團(tuán)簇，Ni還有助于改善鋼的韌性，然而Ni為奧氏體形成元素，其含量過高時(shí)，鋼中會(huì)殘留奧氏體，造成組織不均勻，且會(huì)增加生產(chǎn)成本，因此本發(fā)明將Ni含量限定在 0.01 ~4% ；
[0039]Mn:納米團(tuán)簇的組成元素之一，參與納米團(tuán)簇析出強(qiáng)化作用，Mn為奧氏體形成元素，具有推遲奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的作用，有利于細(xì)化鐵素體晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，然而Mn含量過高時(shí)，鋼中會(huì)殘留奧氏體，造成組織不均勻，并且高的Mn含量會(huì)導(dǎo)致鋼坯偏析、韌性變差及可焊性降低，因此本發(fā)明將Mn含量限定在0.01~4% ；
[0040]Al:納米團(tuán)簇的組成元素之一，參與納米團(tuán)簇析出強(qiáng)化作用，Al還是煉鋼過程中的脫氧劑，有凈化鋼液的作用，然而Al含量過高時(shí)，會(huì)帶來冶煉澆鑄的困難，因此本發(fā)明將Al含量限定在0.001~2% ；
[0041]Cr:抗氧化和抗腐蝕元素，可提高鋼的抗氧化和耐腐蝕性能，同時(shí)還是鐵素體形成元素，可增加和穩(wěn)定鋼的鐵素體組織，然而Cr含量過高會(huì)降低鋼的韌性，且會(huì)增加生產(chǎn)成本，因此本發(fā)明將Cr含量限定在O~12% ；
[0042]Mo和W:鐵素體形成元素，穩(wěn)定鋼的鐵素體組織，還能起到固溶強(qiáng)化作用，然而Mo和W添加過多，基體會(huì)析出Fe2Mo和Fe2W脆性相，使鋼的韌性降低，因此本發(fā)明將Mo和W的含量均限定在O~3%，且Mo和W的總量不低于0.05% ；
[0043]V,Ti和Nb:強(qiáng)碳化合物形成元素，與C形成面心立方結(jié)構(gòu)的MC型碳化物(M:V、Ti或Nb)，具有尺寸小、熱穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，可有效阻礙晶粒長大，發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用，在本發(fā)明中為了保證鋼的優(yōu)良焊接性能和韌性，僅使用低的碳含量，添加0.5%的V、Ti或Nb即可使固碳效果達(dá)到飽和，因此本發(fā)明將V、Ti和Nb的含量均限定在O~0.5%，且V、Ti和Nb的總量不低于0.01% ；
[0044]S1:提高碳分配，防止?jié)B碳體的形成，還能穩(wěn)定鋼的鐵素體組織，起到固溶強(qiáng)化作用，然而Si添加過多時(shí)，會(huì)降低鋼的韌性，因此本發(fā)明將Si含量限定在O~1% ；
[0045]B:可顯著凈化晶界，改善鋼的強(qiáng)度和韌性，然而B含量過高時(shí)，晶界會(huì)析出過多硼化物，降低鋼的韌性，因此本發(fā)明將B含量限定在0.0005~0.05% ；
[0046]P和S:鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，含量高時(shí)會(huì)與Cu形成脆性化合物，危害鋼的韌性和焊接性能，因此P和S的含量均控制在0.04%以下；
[0047]N和O:鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，危害鋼的韌性和焊接性能，因此N和O的含量分別控制在0.04%和0.05%以下；
[0048]上述以外的成分為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)，在不損害本發(fā)明效果的范圍內(nèi)，不排除還含有上述以外的成分。
[0049]本發(fā)明還提供一種制造所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法，其步驟如下:
[0050](I)使所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的化學(xué)組分構(gòu)成的原料組合物依次進(jìn)行熔煉、鑄造和鍛軋；
[0051](2)進(jìn)行固溶處理，然后冷卻至室溫；
[0052](3)進(jìn)行時(shí)效處理，然后冷卻至室溫。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的方法，可于電弧爐、轉(zhuǎn)爐、感應(yīng)爐中進(jìn)行冶煉，然后可采用連鑄方式生產(chǎn)鑄坯或采用模鑄方式生產(chǎn)鑄錠，所述鑄坯或鑄錠具有良好的冷、熱加工性能，接著可進(jìn)行冷軋、溫軋或者在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造或熱軋，經(jīng)軋制或鍛造后將板材在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行固溶處理，處理時(shí)間為0.1~3小時(shí)，隨后冷卻，冷卻方式可為空冷、風(fēng)冷、油淬或水淬，可冷卻至室溫或直接冷卻至?xí)r效溫度進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理在400~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行，處理時(shí)間為0.1~20小時(shí)，隨后冷卻，冷卻方式同樣可為空冷、風(fēng)冷、油淬或水淬，最終得到本發(fā)明的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼。
[0054]本發(fā)明通過鍛軋等冷熱變形工藝，可細(xì)化晶粒，還可引入大量位錯(cuò)和空位等缺陷，為高濃度納米團(tuán)簇成核提供良好條件，還可實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)強(qiáng)化。隨后根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行熱處理，即在特定溫度下先后進(jìn)行一定時(shí)長的固溶處理和時(shí)效處理，經(jīng)過固溶處理得到鐵素體過飽和固溶體，通過合理控制時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間有效控制納米團(tuán)簇的析出和長大。就固溶處理而言，Cu元素在面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體中具有很大固溶度，根據(jù)本發(fā)明在800~1300°C進(jìn)行固溶處理，可保證所添加的Cu元素能夠完全固溶于基體之中，而溫度過高晶粒則會(huì)嚴(yán)重粗化，鋼的強(qiáng)度和韌性均會(huì)下降。就時(shí)效處理而言，Cu元素在鐵素體中的固溶度很低，而且固溶度會(huì)隨溫度的下降而下降，若采用過高的時(shí)效溫度，納米團(tuán)簇將會(huì)粗化，若采用過低的時(shí)效溫度，納米團(tuán)簇則析出不足。根據(jù)本發(fā)明經(jīng)過上述固溶處理后再于400~600°C進(jìn)行時(shí)效處理之后，經(jīng)高分辨透射電鏡照片證實(shí)，鐵素體基體中共格析出了濃度高、分布均勻、尺寸細(xì)小的富Cu納米團(tuán)簇。根據(jù)納米析出相強(qiáng)化機(jī)制，位錯(cuò)與析出相交互作用，析出相有效阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，在析出相數(shù)量多、尺寸小、分布均勻的情況下可獲得最大的強(qiáng)化效果。本發(fā)明通過合理調(diào)控合金化元素和熱處理工藝獲得濃度高、分布均勻、尺寸細(xì)小的富Cu納米團(tuán)簇，最大限度的發(fā)揮了富Cu納米團(tuán)簇的強(qiáng)化作用。此外，在本發(fā)明中，除Cu元素外還有其它元素(N1、Mn和Al)也是納米團(tuán)簇的重要組成，不僅影響納米團(tuán)簇的成核，而且能夠阻礙納米團(tuán)簇長大，有助于細(xì)化納米團(tuán)簇。
[0055] 此外，本發(fā)明的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼中還包含碳化物形成元素(V、Ti和Nb)和微量碳元素(C)，經(jīng)上述熱處理之后，在鐵素體基體中以界面析出形式析出少量復(fù)合納米碳化物，在不危害焊接性能和韌性的情況下，這些細(xì)小、熱穩(wěn)定性高的納米碳化物起到了細(xì)晶強(qiáng)化作用。同時(shí)本發(fā)明通過優(yōu)化各種合金元素種類和含量，積極發(fā)揮了合金元素(例如Mo和W)的固溶強(qiáng)化作用，并通過合理的冷熱變形和熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)了位錯(cuò)強(qiáng)化，從而達(dá)到以富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化為主并結(jié)合細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化的效果。
[0056]除非另作限定，本發(fā)明所用術(shù)語均為本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義。
[0057]以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0058]實(shí)施例1
[0059]根據(jù)本發(fā)明富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的組成范圍，冶煉了 9種發(fā)明鋼NSFlOl~109，同時(shí)冶煉了電站應(yīng)用的T24鋼作為比較。按照表1所示NSFlOl~109和T24的合金成分組成，在電弧熔煉爐中進(jìn)行冶煉和澆鑄，將制得的鑄錠以每次5~10%的壓下量進(jìn)行軋制處理，得到總變形量為70%左右的板材。將軋制后的板材在900°C下進(jìn)行0.5小時(shí)固溶處理，隨后以氬氣淬冷方式冷卻至室溫，然后在550°C下進(jìn)行2小時(shí)時(shí)效處理，隨后同樣以氬氣淬冷方式冷卻至室溫，從而制得發(fā)明鋼NSFlOl~109和對(duì)比鋼T24。
[0060]表1.發(fā)明鋼NSFlOl~109和對(duì)比鋼T24的合金成分組成
[0061]

【權(quán)利要求】
1.一種富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，按重量百分比計(jì)，其化學(xué)組分如下:
C 為 O ~0.2% ；Cu 為 0.5 ~5% ；Ni 為 0.01 ~4% ；Mn 為 0.01 ~4% ；A1 為 0.001 ~2% ；Cr為O~12% ;Mo為O~3%，W為O~3%，Mo+ff不低于0.05% ;V為O~0.5%, Ti為O~0.5%, Nb 為 O ~0.5%, V+Ti+Nb 不低于 0.01% ;Si 為 O ~1% ；B 為 0.0005 ~0.05% ;P 不高于0.04% ；S不高于0.04% ；N不高于0.04% ；0不高于0.05% ;余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，所述富Cu納米團(tuán)簇的組成元素為Cu、N1、Mn、Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，所述富Cu納米團(tuán)簇的平均尺寸為3nm，間距為2~10nm，每立方微米納米團(tuán)簇?cái)?shù)不少于10，000個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其中還包含復(fù)合納米碳化物(V, Ti, Nb) C，所述復(fù)合納米碳化物(V, Ti, Nb) C的尺寸為5~10nm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其基體組織為鐵素體，所述鐵素體的平均晶粒尺寸為I~20 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其屈服強(qiáng)度為 900 ~1200MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其拉伸強(qiáng)度為 1200 ~1500MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其伸長率為10~20%ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼，其斷面收縮率為50%~80%。
10.一種制造前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的方法，其步驟如下: (1)使所述富Cu納米團(tuán)簇強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鐵素體鋼的化學(xué)組分構(gòu)成的原料組合物依次進(jìn)行熔煉、鑄造和鍛軋； (2)進(jìn)行固溶處理，然后冷卻至室溫； (3)進(jìn)行時(shí)效處理，然后冷卻至室溫。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述固溶處理在800~1300°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述固溶處理在900°C進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其中所述固溶處理進(jìn)行0.1~3小時(shí)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述固溶處理進(jìn)行0.5小時(shí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述時(shí)效處理在400~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述時(shí)效處理在550°C進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的方法，其中所述時(shí)效處理進(jìn)行0.1~20小時(shí)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述時(shí)效處理進(jìn)行2小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C38/58GK104046917SQ201310081053
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】劉錦川, 焦增寶 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)