[发明专利]一种超高强高性能马氏体时效不锈钢及其温轧制备方法

说明书

本发明公开一种超高强高性能马氏体时效不锈钢及其温轧制备方法，该不锈钢的组成如下：按质量百分比计％，Co＝2.0～5.0，Ni＝7.0～9.0，Cr＝11.0～13.0，Ti＝0.2～1.5，Mo＝4.0～6.0，Mn＝0.05～1.5，Si＝0.05～0.5，C≤0.02，P≤0.003，S≤0.003，余量为Fe。本发明通过调控纳米尺度沉淀相在基体和逆转变奥氏体中的分布、尺寸和体积分数，成功获得了性能优异的不锈钢，本发明的不锈钢在C≤0.02％，Co不大于5％情况下，抗拉强度高达2.1GPa，延伸率可达13％，点蚀电位高达0.18Vsubgt;SCE/subgt;；可用舰船、海洋工程、航空航天工程等关键结构。

技术领域

本发明涉及一种超高强高性能马氏体时效不锈钢及其温轧制备方法，属于马氏体不锈钢领域。

背景技术

马氏体沉淀强化不锈钢是20世纪60年代发展起来的新钢钟。既具有马氏体时效强化钢的强度又兼具不锈钢的耐腐蚀性能。由于其优秀的综合力学性能，常用在航空、航天、航海等关键高端装备等领域中。

马氏体沉淀强化不锈钢可实现超高强度的主要原因就是马氏体相变强化与时效的沉淀强化相叠加；其耐腐蚀性的主要原因为Cr与Mo的添加在表面形成了钝化膜，从而使其具有耐腐蚀性。表1为市面上现有的商用高强不锈钢成分及其性能。可以看出，目前的高强不锈钢存在以下几方面的问题：第一，当强度较高时其塑韧性较差；第二，当力学性能表现优异时，其耐腐蚀性能较差；很难将强度、塑韧性以及耐腐蚀性三者统一到一起而获得优异的综合性能。由此可见，如何在保证不锈钢耐蚀性能的前提下提高其强韧性，以满足工程应用对不锈钢综合性能提出的更高要求，是不锈钢领域的研究热点与难点，因此，研制具有自主知识产权的新型超高强度马氏体时效不锈钢迫在眉睫。

表1市面上现有的商用高强不锈钢成分及其性能

Co的含量较高使高强度不锈钢的力学性能表现较为优秀。当Co的含量较低或其含量为0时，其综合力学性能表现较低。Co的添加在高强不锈钢当中是一把双刃剑，Co的添加能降低马氏体基体中Ti和Mo的溶解度，形成含Mo或者Ti的沉淀相，进而提升强度。同时，Co也能阻碍位错的回复，减小沉淀相尺寸并稳定马氏体基体，可产生一个较高的二次硬化，是较好的强度等力学性能的保障。因此，要获得优异的力学性能，不可避免地要加入大量的Co元素。然而，Co添加在马氏体不锈钢中会促进Cr的调幅分解，Co的含量越高，Cr的调幅分解程度越大，这就会降低基体的耐点腐蚀性能。因此，Co要适量的添加。

本发明针对超高强不锈钢热轧板冷变形困难的特点，制备过程采用温轧工艺，材料的变形抗力小，降低的轧机的载荷，减少了轧辊的磨损，在轧制的过程中进一步的破碎并细化亚晶，也为析出相的形核提供了更多的位置；本发明的创新之处通过发明的合金成分、发明的双真空熔炼工艺和发明的热机械处理工艺控制了细化的马氏体板条以及有效晶粒尺寸，提高了纳米相析出动力学以及逆转变奥氏体形核及长大动力学，同时控制了纳米相沉淀在马氏体基体与逆转变奥氏体中的尺寸、分布和体积分数；纳米相与位错作用控制强化和逆转变奥氏体韧化，实现力学性能的提高。同时，一方面通过纳米相强化代替碳强化，大大地降低碳含量，另一方通过成分优化提高合金的耐点腐蚀当量。极低的碳含量和高的耐点腐蚀当量设计保证了本发明不锈钢的优异耐腐蚀性能。因此，与现有不锈钢相比，本发明不锈钢力学性能和耐腐蚀性能都有较高的提升。