马氏体时效钢.pdf

本发明属于合金钢领域。适用于铁基Ni-Co-Mo-Ti类弹性马氏体时效钢。
    作为超高压传感器等高负荷弹性敏感元件，则要求材料具有很高的屈服强度和断裂韧性，以及良好的工艺性能。目前国内外用于该领域的弹性马氏体时效钢材料主要是18Ni（300）和18Ni（350）两种。而18Ni（300）钢实际强度偏低，其σ0.2下限值的1790MPa;18Ni（350）虽然强度高，但Klc值较低，一般在35MPa左右。日本特许公开昭54-162616介绍一种半硬质磁石材料，该材料适用于制做磁滞电机转子的半硬磁材料，其σb≤190kgf/mm2（约1862MPa），但没有Klc数据，不适用于高负荷弹性元件。另外昭57-16116介绍一种适于制作模具、车轴和其它传动轴用的材料，通过喷丸处理来改善材料表面性能。这种材料与本发明用途相差较远，而又没给出相应的对比数据，因此不适用制作尺寸精密的高负荷弹性敏感元件。

    本发明的目的是制造一种具有强韧性好的，弹性极限高的，弹性滞后小的，在弹性范围内线性关系好的和工艺性好的弹性马氏体时效钢。

    根据本发明目的，我们采用铁基Ni-Co-Mo-Ti系马氏体时效钢，并加入适量的稀土元素，以提高钢的强韧性，获得一种新型高弹性马氏体时效钢。本发明钢的具体化学成分（重量%）为C≤0.02%Ni  17.5～18.5%  Co  9.5～10.5%  Mo  4.0～4.5%  Ti  1.0～1.2%  Al  0.05～0.15%  Si≤0.10%  Mn≤0.10%  S≤0.008%  P≤0.008%  RE  0.005～0.015%其余为Fe。

    本发明钢是在Fe-Ni马氏体基体中通过Mo、Ti等合金元素而形成金属间化合物来强化的。C在钢中是有害元素，它能使基体韧性下降，还与Ti生成TiC或Ti（C、N）等有害相，显著降低钢的韧性。因此C越低越好，在本发明钢中C含量为≤0.02%。Ni是保证钢韧性地重要元素，当Ni含量低于10%时，钢的韧性显著降低。时效时Ti、Mo均以Ni3Ti、Ni3Mo金属间化合物形式存在。这两种强化相的形成都会消耗Ni，因此钢中Ni含量低于17%时就很难保证基体中Ni含量达到10%以上。Ni又是降低马氏体点的元素，当Ni含量高于21%时，固溶处理后马氏体转变不完全，有部分残余奥氏体，钢的强度下降。因此Ni含量应为17.5～18.5%。Co在钢中的主要作用有三条;①降低Mo在钢中的溶解度，促进含Mo的金属间化合物的析出，随Co量增加，钢的强度被提高。②提高Ms点，保证钢固溶后获得全马氏体组织。③提高马氏体的稳定性，并使亚结构保持到较高的强度，从而提高钢的抗过时效能力。为了提高钢的强度，本发明钢Co含量为9.5～10.5%。Mo、Ti都是本发明钢的强化元素。时效后钢中Ti几乎全部形成弥散的Ni3Ti金属间化合物强化相，而Mo能防止Ni3Ti在晶体上析出。Mo能提高钢的强度和改善钢的韧性，但Mo含量过高，固溶后容易出现残留的金属间化合物，因此Mo含量在4-5%。而Ti在钢中随含量增多则强度增高，但随Ti含量增加钢的韧性则会降低，而且成分易偏析，在本发明钢中Ti含量为1.0～1.2%。Al在本发明钢中作为脱氧剂而加入的，其加入量为0.05～0.15%。RE在本发明钢中不但可以进一步脱氧、脱硫，改善钢中夹杂物形态与分布，而且能提高钢的韧性，尤其对断裂韧性Klc更为明显，因此RE在本发明钢中是必要元素，其含量为0.005～0.015%。Mn、Si在本发明钢中均属有害元素，它们容易在钢中形成氧化物夹杂，所以其含量均不大于0.10%。

    本发明钢可以在真空感应炉中冶炼，全熔温度约1550℃，精炼温度约1600℃，出钢温度约1540℃，炼钢时真空度为3×10-3mmHg柱以上。钢锭经高温均质化退火后，开锻温度为1100℃，停锻温度≥800℃。

    本发明钢与现有技术相比较，具有强韧性好，弹性极限高，弹性范围内的线性关系好，弹性滞后小和工艺性能好等特点。是一种综合性能好的，适于制作高负荷弹性元器件的弹性马氏体时效钢。

    实施例

    按照本发明钢的化学成分范围，采用真空感应炉冶炼了四炉钢，其化学成分见表1，钢锭经1200℃加热均质化处理后，在1100℃～900℃温度范围内锻造成棒材，经热处理后的力学性能试验结果见表2。为了对比方便，同时还冶炼了18Ni（300）和18Ni（350）两个钢种，其加工方法与前相同，成分含量与力学性能也均列入表1、表2中。