10Ni10Co高韧性二次硬化超高强钢及制备方法
【专利摘要】一种10Ni10Co高韧性二次硬化超高强钢及制备方法，属于合金钢【技术领域】。化学成分重量百分数为：C0.20-0.45％，Cr0.5-3.5％，Ni7.00-12.0％，Co8.00-12.00％，Mo1.00-5.00％，V≤0.30％,Nb≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。该合金可采用真空感应+真空自耗重熔或真空感应+电渣重熔冶炼工艺。优点在于，与现有技术相比综合性能良好，具有超高强度和良好塑韧性，热处理工艺性能优良，具有较高的回火稳定性和抗过时效能力，强度达到2100-2400MPa。
【专利说明】10N i 10Co高韧性二次硬化超高强钢及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于合金钢【技术领域】，特别涉及一种钥强化1NilOCo高韧性二次硬化超高强度钢Air330，综合性能良好，具有高抗拉强度和良好塑韧性，热处理工艺性能简单优良，具有较高的回火稳定性和抗过时效能力。
【背景技术】
[0002]随着航空和宇航工业的发展，特别是飞机构件采用耐久性/损伤容限设计准则后，对材料提出了更高的要求，要求材料具有更高的强度、韧性及合理的屈服/强度比。具有典型代表性的是美国Carpenter公司开发的AerMetlOO钢，一种采用二次硬化强化马氏体型超高强度钢，具有1930MPa以上的抗拉强度和IlOMPamv2的优良的断裂韧性，不仅强度高韧性好，而且具有良好的抗应力腐蚀性能和焊接性，在航空航天领域应用广泛，而近年美国Carpenter公司在AerMetlOO钢的基础上，又开发出了抗拉强度达到2172MPa的AerMet310 钢。AerMet310 的抗拉强度比 AerMetlOO 高出 200MPa,与 Marage300 钢相比，AerMet310的屈强比较小，因而可在断裂前吸收较多的塑变能量。而AerMet310的比强度(27.9km)高于 AerMetlOO 和 Marage300,甚至高于 Ti_6Al_4V 钦合金(25.4km)。
[0003]最新的研究成果是美国Carpenter公司的AerMet340,其在AerMet310的基础上，进一步提高C、Cr、Mo和Co，实际强度达到2379MPa。其比强度大于现有的钛合金，在航空航天领域具有广阔的发展前景。
[0004]虽然AerMet系列材料性能优异，但由于时效温度低、抗过时效性差，随强度的提高塑韧性下降很快，虽然强度由AerMetlOO的1965MPa提高到AerMet310的2347MPa，但断裂韧性有126MPam1/2降低至37MPam1/2，特别是时效稳定性差，对温度波动敏感，实际操作中需要控制时效温度在+3以内，因此随强度的提高反而降低了在工程应用上的可能性。
[0005]M54虽然具有良好的经济性和回火稳定性，但进一步提高强度存在大量困难，由于大量的降低Co含量，必须依靠较高的W、Mo复合添加获得相应的析出驱动力和强化效果，结果同AerMet系列材料相比，M54的时效温度和时间分别由482°C 5小时提高到515°C 10小时，但即便如此，M54由于较高的W含量的加入，需要非常高的固溶温度，由AerMetlOO钢的885°C提高到1060°C以上，由此带来的效果是原奥氏体晶粒度比AerMet系列材料粗化了
2-3级，组织变得粗大。。
[0006]因此需要找到一种材料，强度与AerMet系列相当，课题满足2100_2400MPa的轻度需求，同时具有良好塑韧性和优良抗过时效能力的钢种，具有良好强韧性配合和热处理工艺性，兼有良好的经济性，具有在工程应用前景。
[0007]AerMet系列材料的化学成分和力学性能对比见表1和表2。
[0008]表1典型二次硬化型超高强度钢的化学成分(wt.% )
[0009]
【权利要求】
1.1ONilOCo高韧性二次硬化超高强钢，其特征在于，化学成分重量百分数为:C0.20-0.45 %，Cr0.5-3.5 %，Ν?7.00-12.0 %，Co8.00-12.00 %, Mol.00-5.00 %，V^0.30% ,Nb ^ 0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.—种权利要求1所述超高强钢的制备方法，采用真空感应或炉外精炼+真空自耗重熔或真空感应或炉外精炼+电渣重熔冶炼工艺，其特征在于，控制的工艺参数如下: 钢锭进行1180~1230°C均匀化处理，5小时≤时间≤80小时；装炉温度≤650°C ； 合金在1180~850°C区间均能够热加工，加热温度:1160~1180°C，1100°C≤开锻温度≤1150°C，80(rC≤终锻温度≤9000C ； 成品退火制度:正火:1035~1065°C，1小时≤保温≤3小时；回火:640~700°C，5小时≤保温≤40小时； 最终热处理:淬火处理:加热到1050±35°C，热透后保温1-1.5小时，油淬；或空冷或者用惰性气体进行真空热处理，随后进行深冷处理，在_73°C保温1-8小时，然后在空气中升到室温； 回火处理:加热到480~540°C，热透后保温5-8小时，空冷；或进行二次回火处理。
【文档编号】C22C38/52GK104073736SQ201410313536
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】王春旭, 厉勇, 刘宪民, 黄顺喆, 韩顺, 田志凌, 赵世春, 赵志国, 杨旭, 许广兴, 景绿路, 赵博, 楼瑞祥, 王瑞, 李建新, 庞学东 申请人:钢铁研究总院