本發(fā)明涉及超高強(qiáng)高韌鋼材料，具體是二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、航空工業(yè)對(duì)起落架部件的材料提出了極高的要求，需要具備高機(jī)械強(qiáng)度、斷裂韌性和應(yīng)力腐蝕開裂抗性，需要不斷探索更優(yōu)的材料方案。aer?met100和ferrium?m54均為二次硬化型超高強(qiáng)度鋼。ferrium?m54鋼是一種由questek?innovations?llc設(shè)計(jì)和開發(fā)的含w低鈷高鎳二次硬化超高強(qiáng)度鋼，其co含量相比aer?met100鋼大幅降低，使其生產(chǎn)成本下降。此外，其抗應(yīng)力腐蝕能力優(yōu)勢(shì)顯著，因此具有更大的應(yīng)用前景。

2、ferrium?m54鋼的授權(quán)專利為cn?102016083a，該專利中鋼的質(zhì)量百分比組成：約0.20%~0.33%的碳，約4.0%~8.0%的鈷，約7.0%~11.0%的鎳，約0.8%~3.0%的鉻，約0.5%~2.5%的鉬，約0.5%~5.9%的鎢，約0.05%~0.20%的釩，以及最多約0.02%的鈦，其余成分為鐵及偶存元素和雜質(zhì)。ferrium?m54鋼經(jīng)固溶淬火、深冷及回火處理后，能獲得微觀結(jié)構(gòu)以板條馬氏體為主，并通過(guò)尺寸小于20nm的m2c型碳化物沉淀進(jìn)行強(qiáng)化，m可為mo、cr、w、v中的一種或多種元素。

3、ferrium?m54鋼因含有1.3%的鎢，在熱處理時(shí)相對(duì)于aermet100鋼需要更高的淬火固溶溫度。aermet100鋼最佳淬火固溶溫度為885℃，ferrium?m54鋼對(duì)應(yīng)的最佳淬火固溶溫度為1060℃。在此溫度下，合金元素能充分溶解于基體，形成均勻固溶體，從而提升材料的強(qiáng)韌性。若固溶溫度不足，合金元素將無(wú)法充分溶解，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降；而溫度過(guò)高則可能引發(fā)晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)而降低材料的強(qiáng)度與韌性。

4、實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)于含w低鈷高鎳二次硬化鋼，隨著加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，奧氏體晶粒尺寸會(huì)逐漸增大。尤其當(dāng)加熱溫度超過(guò)1050℃時(shí)，晶粒長(zhǎng)大速度會(huì)顯著加快，出現(xiàn)嚴(yán)重粗化現(xiàn)象。在實(shí)際工程應(yīng)用中，aermet100鋼的晶粒度級(jí)別要求為≥7級(jí)，而作為含w低鈷鎳二次硬化鋼的ferrium?m54鋼的晶粒度級(jí)別要求則為≥5級(jí)。

5、目前，針對(duì)含w低鈷高鎳二次硬化超高強(qiáng)度鋼工程化過(guò)程中高淬火固溶溫度與晶粒度難以兼容的技術(shù)問(wèn)題仍然未有得到解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼具有高的強(qiáng)韌性和低的晶粒度。

2、本發(fā)明提供了二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：

3、c：0.31%~0.35%；co：6.0%~8.0%；ni：9.0%~11%；cr：0.7%~1.30?%；mo：1.6%~2.4%；w：1.0%~1.6%；nb：0.06%~0.1%；余量為fe。

4、優(yōu)選地，所述二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼包括：

5、c：0.31%~0.34%；co：6.9%~7.2%；ni：9.9%~10.2%；cr：0.95%~1.20?%；mo：1.98%~2.15%；w：1.28%~1.35%；nb：0.07%~0.09%；余量為fe。

6、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼包括：c：0.33%；co：7.2%；ni：10.2%；cr：1.10?%；mo：2.05%；w：1.31%；nb：0.08%；余量為fe。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼包括：c：0.31%；co：7.0%；ni：9.90%；cr：0.95?%；mo：1.98%；w：1.35%；nb：0.07%；余量為fe；在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼包括：c：0.34%；co：6.9%；ni：10.10%；cr：1.20?%；mo：2.15%；w：1.28%；nb：0.09%；余量為fe。

7、本發(fā)明提供的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼是一種含鈮低鈷高鎳二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼，其以c、co、ni、cr、mo、w和nb為主化學(xué)成分，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明提供的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼還包括以下殘余元素和氣體成分：si≤0.02%；mn≤0.02%；al≤0.01%；ti≤0.01%；s≤0.0015%；p≤0.0020%；[o]≤0.0015%；[n]≤0.0015%；其中，元素si、mn、al、ti、s和p為殘余元素，[o]為氣體成分o元素，[n]為氣體成分n元素。

8、本發(fā)明提供的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼主要為板條馬氏體微觀結(jié)構(gòu)，其通過(guò)尺寸＜0.5um級(jí)mc型碳化物高溫析出釘扎晶界和強(qiáng)化，其中m含有下列元素：nb、w、mo；其還通過(guò)尺寸＜15nm級(jí)m2c型碳化物低溫析出而強(qiáng)化，其中m含有下列元素：cr、mo、w、nb，其通過(guò)尺寸＜25nm級(jí)逆轉(zhuǎn)變殘余奧氏體進(jìn)行提升斷裂韌性。綜上，本發(fā)明提供的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼具有卓越的抗拉強(qiáng)度/斷裂韌度平衡，其抗拉強(qiáng)度≥1950mpa以上，屈服強(qiáng)度≥1700mpa，延伸率≥10%，面縮率≥55%，kic≥115mpa·m1/2，綜合性能優(yōu)于現(xiàn)有同類超高強(qiáng)度鋼，如aermet100鋼和ferrium?m54鋼。

9、本發(fā)明還提供了上述任一所述的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼的制備方法，包括以下步驟：

10、將原料依次進(jìn)行熔煉、鍛造和熱處理，得到二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼。

11、本發(fā)明首先將原料進(jìn)行熔煉；所述熔煉包括依次進(jìn)行的真空感應(yīng)熔煉和真空自耗重熔。本發(fā)明所述真空感應(yīng)熔煉具體為將純?cè)习瓷鲜龌瘜W(xué)成分比例進(jìn)行配料后采用真空感應(yīng)爐冶煉得到鋼水，確保各元素均勻溶解，減少雜質(zhì)和氣體含量。

12、本發(fā)明所述真空自耗重熔具體為將真空感應(yīng)冶煉得到的鋼水澆注成電極棒，再通過(guò)電弧對(duì)所述電極棒高溫重熔進(jìn)一步精煉，提高鋼的純凈度和均勻性，減少宏觀偏析和夾雜物，然后重新凝固成鑄錠。本發(fā)明對(duì)進(jìn)行了所述熔煉后得到的物料的雜質(zhì)和氣體含量要求提出了相比現(xiàn)有技術(shù)更嚴(yán)格的要求，此時(shí)所述熔煉后得到的物料的殘余元素和氣體成分需要達(dá)到si≤0.02%；mn≤0.02%；al≤0.01%；ti≤0.01%；s≤0.0015%；p≤0.0020%；[o]≤0.0015%；[n]≤0.0015%。

13、本發(fā)明將原料進(jìn)行熔煉后，對(duì)熔煉后得到的物料進(jìn)行鍛造。本發(fā)明所述鍛造具體為：將熔煉后得到的物料在1150~1250℃溫度下保溫30?h~48?h后開坯鍛造，然后在950~1100℃溫度下進(jìn)行鍛壓。本發(fā)明所述鍛壓具體為多道次鍛造或軋制。本發(fā)明控制所述鍛造后得到的物料的總變形比≥10，優(yōu)選總變形比為15~25，更優(yōu)選為16~23。更具體而言，本發(fā)明通過(guò)所述鍛造得到了所需尺寸的鋼材，確保鋼材內(nèi)部組織均勻，減少殘余應(yīng)力，自耗重熔錠至成品棒材的總變形比≥10，優(yōu)選總變形比為15~25，更優(yōu)選為16~23，確保晶粒度≥7級(jí)。

14、本發(fā)明對(duì)熔煉后得到的物料進(jìn)行鍛造后，將鍛造后得到的物料進(jìn)行熱處理，得到二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼。本發(fā)明所述熱處理包括依次進(jìn)行的固溶熱處理、深冷處理和二次硬化熱處理；具體而言，所述固溶熱處理具體包括：將鍛造后得到的物料在1050℃~1100℃溫度下保溫1?h~2?h，然后冷卻至室溫。本發(fā)明所述固溶熱處理能使合金元素充分固溶，隨后快速冷卻（如油冷或水冷）至室溫，形成均勻的奧氏體組織。

15、本發(fā)明所述深冷處理具體包括：將所述固溶熱處理后得到的物料置于-73℃~-80℃的環(huán)境中保持1?h~2?h。本發(fā)明所述深冷處理能夠促進(jìn)碳化物的析出和細(xì)化，提高鋼的硬度和強(qiáng)度。

16、本發(fā)明所述二次硬化熱處理具體包括：將所述深冷處理后得到的物料在500℃~520℃溫度下保溫6?h~14?h。本發(fā)明所述二次硬化熱處理能夠使納米級(jí)m2c碳化物、mc碳化物和納米級(jí)逆轉(zhuǎn)變殘余奧氏體充分析出并均勻分布，隨后空冷至室溫，獲得高強(qiáng)度和高韌性的綜合性能。

17、本發(fā)明還提供了上述任一所述的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼或者上述任一所述的制備方法得到的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼在制備鋼制產(chǎn)品中的應(yīng)用。

18、具體而言，本發(fā)明提供了飛機(jī)起落架部件，其由上述任一所述的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼或者上述任一所述的制備方法得到的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼制備得到。

19、本發(fā)明提供了二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的二次硬化超高強(qiáng)高韌鋼通過(guò)復(fù)合添加鉬、鎢、鈮等元素，形成多元碳化物強(qiáng)化體系，提高了鋼的良好回火穩(wěn)定性，使其在較寬的回火溫度范圍內(nèi)仍能保持高強(qiáng)度和韌性，減少了對(duì)回火工藝的敏感性；具體是鋼中的細(xì)小彌散的mc和m2c型雙重碳化物析出，其中mc碳化物高溫析出釘扎晶界，m2c碳化物低溫析出二次硬化，實(shí)現(xiàn)更高強(qiáng)度和良好的韌性匹配和抗回火軟化性能，從而實(shí)現(xiàn)卓越的抗拉強(qiáng)度/斷裂韌度平衡，適合在更高強(qiáng)韌性的需求中使用。利用nb的微合金化形成＜0.5um級(jí)的mc型碳化物并且釘扎晶界細(xì)化晶粒，晶粒度≥7級(jí)，顯著提高了工程化制備時(shí)的材料綜合性能的穩(wěn)定性。強(qiáng)韌性可以穩(wěn)定滿足：抗拉強(qiáng)度≥1950mpa，kic斷裂韌性≥115?mpa·m1/2。另外，在保證甚至超越現(xiàn)有超高強(qiáng)度鋼性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)減少鈷的用量，降低了原材料成本，同時(shí)優(yōu)化的合金成分和制備工藝提高了生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。