高断裂韧性、高强度、沉淀硬化型不锈钢制造技术

公开了一种沉淀硬化型马氏体不锈钢。该合金具有按重量%计的下列宽泛组成。Ni10.5

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高断裂韧性、高强度、沉淀硬化型不锈钢
[0001]专利技术背景。
专利

[0002]本专利技术涉及一种沉淀硬化型马氏体不锈钢合金，其能够提供非常高的强度和断裂韧性以及耐腐蚀性。与耐腐蚀性结合的断裂韧性和强度的优异组合使得这种合金特别适用于航空航天组件，尤其是用于飞机起落架。该合金可用于制造需要由合金提供的高强度和断裂韧性的组合的其它制品。
[0003]相关技术描述航空航天工业多年来一直在寻找用于飞机起落架的高强度不锈钢合金。目前用于商业飞机起落架应用的已知合金是300M合金。300M合金可以淬火和回火以提供约280 ksi（1930 MPa）的极限抗拉强度和通过大于10%的伸长率表示的良好延性。300M合金还提供50
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60（55
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66 ）的K
Ic
断裂韧性。但是，300M合金没有提供有效的耐腐蚀性。因此，必须的是用耐腐蚀金属如镉镀覆起落架组件。镉是一种高毒性的致癌材料，并且其在由300M合金制成的飞机起落架和其它暴露组件的制造和维护中的使用已经表现出显著的健康和环境风险。飞机起落架应用所需的耐腐蚀性包括耐均匀腐蚀性、耐点蚀性和耐应力腐蚀开裂性。
[0004]另外，对于涉及高强度和高韧性的关键应用，如在航空航天起落架的情况下，相关材料规格需要基于临界缺陷尺寸的设计。其中许多规格要求了合格材料必须满足的断裂韧性/极限抗拉强度比K
Ic
:UTS。尽管已知一些耐腐蚀、沉淀硬化型合金能够满足起落架应用的强度、延性和耐腐蚀性要求，但它们还不能提供大于约50 (55）或大于约60 （65 ）的断裂韧性。它们也不能提供与300M相当或更优的断裂韧性/UTS比。例如，300M合金已知提供约0.20
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0.26 √in的断裂韧性/抗拉强度比，且US2016/02898056A1中公开的合金的实例提供仅约0.20 √in和0.21 √in的比率。
[0005]因此，需要一种耐腐蚀钢合金以适合直接替代300M合金而没有在机械功能方面的重大设计修改，并且其提供航空航天起落架应用所需的且常规由300M合金提供的强度和断裂韧性的组合。
[0006]专利技术简述根据本专利技术的第一个方面，提供一种沉淀硬化型马氏体不锈钢，其具有按重量%计的下列宽泛、中间和优选组成。
MPa√m）的平面应变断裂韧性和约0.25
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0.3 √in（√m）的断裂韧性/抗拉强度比。
[0011]在此和在本说明书通篇，除非另有说明，术语“百分比”或符号“%”是指重量百分比或质量百分比。如该性质通常定义和本领域技术人员所理解，术语“抗拉强度”是指极限抗拉强度。关于断裂韧性，符号“K
Ic”是指在主要线弹性、平面应变条件下测得的断裂韧性。符号“K
Q”是指在主要线弹性条件下测得的断裂韧性。在所应用的实验条件下，这两个量之间的差异类似于方法（ASTM E399）的再现性标准偏差。因此，术语“断裂韧性”在本文中用作表示“K
Ic”和“K
Q”两者的通用术语。
[0012]附图简述图1显示US2016/02899805A1中描述的实施例合金和根据本专利技术的合金的实施例的断裂韧性（MPa√m）随极限抗拉强度（MPa）变化的曲线图。
[0013]图2显示根据本专利技术的合金的实施例以及US2016/02899805A1、US8097098B2、US2016/0319406A1和US5855844中描述的实施例合金的断裂韧性（ksi√in）随极限抗拉强度（ksi）变化的曲线图。
[0014]详述根据本专利技术的合金含有至少约10.50%镍，因为镍有助于奥氏体相的稳定化。稳定的奥氏体相促进合金在淬火过程中向位错致密的马氏体的转变，同时避免在合金中形成δ铁素体。足够浓度的镍也是必要的，因为镍参与初生强化相Ni3Ti的形成。此外，镍通过在合金的时效和淬火过程中促生逆转变奥氏体、板条间奥氏体（interlath austenite）和残余奥氏体而确保良好的韧性。镍还将韧脆转变温度（DBTT）降低到远低于室温以提供良好的冲击韧性，这是该合金的特征。优选地，该合金含有至少约11.0%镍，且又更好地至少约11.4%镍。过多的镍导致马氏体转变起始温度（Ms）被抑制到不合意地远低于室温，这阻碍了充分的转变以实现所需机械性质。因此，该合金含有不多于约12.5%镍。优选地，该合金含有不多于约12.2%镍，且又更好地不多于约12.0%镍。
[0015]在这种合金中存在至少约1.0%，优选至少约1.5%，且再更好地至少约2.0%钴。钴以几种重要的方式有益于合金的性质。更具体地，钴延迟在合金的时效热处理过程中发生的位错回复。位错回复现象的延迟有益于强化沉淀物在合金基体中的精细分散体的异相成核。此外，钴与钼相互作用以降低钼在合金中的溶解度，这致使改进基体与沉淀物之间的共格（coherency）。改进的共格有益于该合金所提供的断裂韧性。此外，钴在升高的温度下使合金中的奥氏体稳定化并有助于合金的固溶强化。另一方面，当合金中存在多于约6%的钴时，该合金提供的耐腐蚀性受到不利影响。在时效热处理的过程中，钴与铬相互作用以形成富Cr相，由此消耗基体材料中的铬。因此，钴在这种合金中被限制在不多于约6.0%，优选不多于约5.5%，且为了获得最佳结果，不多于约5.0%。
[0016]这种合金含有至少约1.5%钛以有益于该合金所提供的强度。钛与镍在时效硬化热处理的过程中组合形成初生强化相Ni3Ti。优选地，该合金含有至少约1.55%钛，且为了获得最佳结果，至少约1.6%钛。过多的钛导致在合金中形成的拉弗斯（Laves）相的溶线温度不合意地提高到其中不可能在没有不合意的晶粒生长的情况下充分溶解拉弗斯相的点。因此，钛在这种合金中被限制在不多于约2.0%，优选不多于约1.8%，且为了获得最佳结果，不多于约1.75%。
[0017]铬有益于本专利技术的合金所提供的耐腐蚀性。为此目的，该合金含有至少约8.5%铬。
优选地，该合金含有至少约8.75%，且又更好地至少约9.0%铬。过多的铬降低合金的M
s
温度，这在淬火过程中抑制马氏体在合金基体中的形成，由此不利地影响该合金所提供的抗拉强度。因此，铬在这种合金中被限制在不多于约11.5%。优选地，该合金含有不多于约10.5%，且又更好地不多于约10.0%铬。
[0018]在这种合金中存在至少约1.0%的钼以通过在合金的时效硬化过程中参与强化相，如R相的沉淀而有益于该合金所提供的强度。钼还有助于该合金所提供的耐点蚀性和耐缝隙腐蚀性。为了这些目的，该合金优选含有至少约2.0%钼，且为了获得最佳结果，至少约2.25%钼。过多的钼导致M
s
温度降低以致抑制全马氏体转变。另外，过多的钼可促进富钼拓扑密堆（TCP）相的形成，以降低钼对耐局部腐蚀性的可用性。因此，该合金含有不多于约4.0%，又更好地不多于约3.0%，且优选不多于约2.75%钼。
[0019]高达约0.5%或高达约0.3%铝可作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种马氏体沉淀硬化型不锈钢合金，其具有断裂韧性、强度和耐腐蚀性质的新颖组合，其基本由按重量%计的以下成分组成：Ni
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约10.5至约12.5Co
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约1.0至约6.0Mo
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约1.0至约4.0Ti
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约1.5至约2.0Cr
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约8.5至约11.5Al
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高达约0.5Mn
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高达约1.0 max.Si
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高达约0.75 max.B
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高达约0.01 max.并且所述合金的余量基本是铁和常见杂质，包括不多于约0.03%碳、不多于约0.03%氮、不多于约0.04%磷和不多于约0.020%硫。2.根据权利要求1所述的合金，其含有至少约0.15%铝。3.根据权利要求1所述的合金，其含有至少约11.0%镍。4.根据权利要求1所述的合金，其含有至少约1.5%钴。5.根据权利要求4所述的合金，其含有不多于约5.5%钴。6.根据权利要求1所述的合金，其含有至少约2.0%钼。7.根据权利要求6所述的合金，其含有不多于约3.0%钼。8.根据权利要求1所述的合金，其含有至少约1.55%钛。9.根据权利要求8所述的合金，其含有不多于约1.8%钛。10.根据权利要求1所述的合金，其含有至少约8.75%铬。11.根据权利要求10所述的合金，其含有不多于约10.5%铬。12.一种马氏体沉淀硬化型不锈钢合金，其具有断裂韧性、强度和耐腐蚀性质的新颖组合，其基本由按重量%计的以下成分组成：Ni
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约11.0至约12.2Co
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约1.5至约5.5Mo
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约2.0至约3.0Ti
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约1.55至约1.8Cr
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约8.75至约10.5Al
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高达约0.3Mn
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高达约0.25 max.Si
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高达约0.25 max.B
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0.001
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0.005并且所述合金的余量基本是铁和常见杂质，包括不多于约0.02%碳、不多于约0.015%氮、不多于约0.015%磷和不多于约0.01%硫。13.根据权利要求12所述的合金，其含有至少约0.15%铝。14.根据权利要求12所述的合金，其含有至少约11.4%镍。15.根据权利要求12所述的合金，其含有至少约2.0%钴。
16.根据权利要求15所述的合金，其含有不多于约5.0%钴。17.根据权利要求12所述的合金，其含有至少约2.25%钼。18.根据权利要求17所述的合金，其含有不多于约2.75%钼。19.根据权利要求12所述的合金，其含有至少约1.60%钛。20.根据权利要求19所述的合...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：CRS控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：