A100二次硬化型超高强度合金研制
- 格式:pdf
- 大小:298.56 KB
- 文档页数:4
第2()卷总第78期 2014年第1期 特钢技术
Special Steel Technology Vo1.20(78) 2014.No.1
-、 . I 、 ・、! 、 宁0 蝣 ; 祀;、 } i 产品开发与性能研究 i
毒 ; ; ・j 矗、 、 、 j、 ;¨ 蠕 s; ;、蠕、 、! 膏 ;\
刖置 A IO0二次硬化型超高强度合金研制
叶叉冰
攀钢集团江油长城特殊钢公司特种材料事业部高强钢室
摘要:分析了铜化学元素的作用,阐述了钢的特性、韧化机理。进行了热处理工艺(冷处理、时效)与力学 性能的研究,确定了最佳热处理工艺。研究结果表明:攀长钢试制的AIO0合金,具有非常高的韧性和强度,通 过885℃油淬加一73 冷处理加480℃时效可以得到最佳的强韧性配合;AIO0钢必须保持高纯度,以保证钢的 塑韧性。 关键词:AIO0;研制开发;热处理制度;纯净度
中图分类号:TG1 35 文献标识码:A 文章编号:1674一O971(2014)01—01 4-03
Development of Secondary Hardening Ultra High
Strength Alloy A IO0
Ye Wenbin
(Jiangyou Changcheng Special Steel Co.,Ltd.,Pangang Group,Jiangyou,Sichuan 621701) Abstract:The effects of chemical elements in steel are analyzed,the properties,toughening mechanism of steel are described.The optimum heat treatment process is determined by researching the heat treatment process(cold treatment,aging)and mechanical properties.The research results showed that AIO0 alloy trial—produced by Changcheng Special Steel Co.,Ltd.,had very high toughness and strength,which could get a best combination of toughness and strength through 885 oC oil quenching plus-73℃cold treatment plus 480℃aging;A 1 00 alloy must have high purity SO as to guarantee the toughness and plasticity of the alloy. Keywords:A100 alloy,Development,Heat treatment system,Purity
AIO0(AerMetl00)合金是一类新型超高强度
钢,是由卡彭特公司(Carpenter公司)在上世纪80年 代根据美国海军F/A 18E/F型战斗机起落架用料需
求研发的。A100合金通过(Mo,Cr):C碳化物析出强
化。其热处理工艺:硬化或固溶温度为885 oC~
968℃,时效处理441℃~496℃,3—8 h;深冷处 理一73℃,lh;淬火采用空冷或油冷。A100最小极
限抗拉强度为1 930MPa、最小断裂韧性1 10 MPa・m”
。与航空业常用的高强度18Ni马氏体时效钢系列
Marage250、300、350以及钛合金Ti一6A1—4V和
Ti一10V一2Fe一3AI相比,在同一高强度级别下,AIO0 合金具有无可比拟的韧性和至关重要的疲劳寿命, 这是该合金系列的突出优点。
1 A100钢工艺路线
1.1 A100钢的化学成分
见表l。
表1 A100二次硬化超高强钢化学成分,% Table 1 Chemical composition of secondary hardening ultra high strength steel A100,%
1.2工艺路线
收件日期:2013-12—1 6 作者简介:叶文冰(1966一),男,重庆人,工程师,1991年内江教育学院物理系毕业,从事金属材料的研制与开发工作,供职于攀钢集团江油长 城特殊钢有限公司技术中心。Tel:(0816)3646511;Email:ywbO000@l26.
com 2014年第1期 叶文冰:A100二次硬化型超高强度合金研制 ・ l5
AIO0用纯铁制造,采用转炉纯铁经EBT+LF+VD
冶炼去S、P后浇注成3吨钢锭,钢锭轧制成西120ITIIB 棒料,再经真空感应炉提纯脱氧、脱氮浇注成+240 mm
锭型。A100钢锻材制造采用4,24o nun专用纯铁经6l 真空感应炉熔炼浇注成6440ITI1TI电极棒。电极棒表
面磨光后,经6t真空自耗炉重熔成4,508 1TI/B自耗锭。 钢锭剥皮后加热到1 160 oC,经4500t压机开坯,降温
至1 000℃后经1 800t精锻_杌锻造成材,成材规格 l15
nlln和 100 nqln。锻后空冷至室温后采用900℃正火
和680℃高温回火。A100钢管制造 100 lllln锻棒表
面磨光,加热到1 100 oC经西100mln穿孔机,穿孔后规 格西105mm×13 mm,空冷至室温后采用900℃正火
和680℃高温回火。
2试验研究
2.1试制钢的化学成分和力学性能 2.1.1 A1 O0试制钢的化学成分
见表2。
表2试制AIO0二次硬化超高强钢化学成分/mass% Table 2 Chemical composition of the trial-produced secondary hardening ultra high strength steel A100,%
元素 c co M cr M0 S P
T13R2—74 0.225 13.6 11.59 2.91 1.2O O.0o35 O.0o6
T13R2—75 0.22 13.6 l1.59 2.91 1.20 0.oo35 0.OO6
合金的主成分,在AerMetl00专利中基本就是
一个点,但由于冶金过程控制程度不同,主成分是
在一个小范围内波动的。专利提供的成分(wt%)是
C:0.23、Co:13.40、Cr:3.10、Ni:11.10、Mo:1.20。过多的
C对合金的断裂韧性有不利的影响;Co和C的合理 匹配是A100合金获得高强度和高韧性的主要原因
之一。为了获得良好的断裂韧度Co和C百分比应 满足:Co:C≤35~81.8,要保证较高的强度Co:C≥
26.9~70。Cr主要提高强度和硬度一般大于2.5%, 但超过4%是易产生实效;Mo大于l%有利于合金具
有低的韧脆转变温度,超过1.75%对断裂韧性有不
良影响;Ni有利于合金形成马氏体组织,同时有利 于合金获得高的断裂韧度和抗应力腐蚀开裂的能
力,过高的Ni会降低C在钢中的溶解度,从而促使
碳化物的析出,对韧性不利。 A100的主成分从上世纪80年代确定至今没有 变化,但研究人员对减少杂质元素及其有害作用的
研究从未停止过,研究表明A100合金的性能与材料
的纯净度是密切相关的,杂质的存在严重影响材料
的强韧性川。A100专利对杂质元素有明确要求,除
主元素外的其他元素均视为杂质元素,包括:S、P、 Mn、Si、Ti、A1、0、N。首先是脱氧残余元素Mn≤
0.15%、Si≤0.10%、Ti≤0.015%、Al≤0.015%。 从表2可以看出我公司试制钢脱氧残余元素均
满足要求。除脱氧残余元素外其他元素包括:S、P、 0、N也要求尽量低,实际成品的杂质元素均低于标
准要求。表3是国内外不同原材料(纯铁)平台冶炼
的A100合金成分对比。美国9O年代采用标准质量
的电解铁,2000年后采用优质电解铁,使A100合金 的纯度上升到了一个新高度。表3国内生产厂普遍
采用工业纯铁,在原材料的纯度和冶金控制过程跟
美国比还有一定的差距。
表3国内外不同原材料平台冶炼的A100合金成分/% Table 3 Chemical compositions of A100 alloys melted at home and abroad,%
生产厂 化学元素
S P Si Mn A1 Ti 0 N 攀长钢0.0035 O.006 0,07 0.045 O.007 0.005 0.001 0.0006
㈣z oo.oos㈣o-o 。一o-o 。一 一
。删。 o.o… oo.㈣o-o 舢 ㈣
罟 。.ooos。.00,。川。。川。o-o 。o.o-z。.ooos。.ooo
2.2.2力学性能
试验钢锻造成西115 mm,加工成试样毛坯,经 淬火:885℃±10 oC,保温60min±5 rain,60 min内
冷到204℃以下,随后要求在120 rain以内冷到 66℃以下;冷处理:一73℃±8℃,保温60 min±5
rain,空气中回温;回火:f480~51 0)cc±5℃,保温
300 min,空冷。钢的力学性能见表4。
表4试制A100钢力学性能 Table 4 Mechanical properties of trial-produced AIO0
steels ・ 16 ・ 特钢技术 第2O卷第l期
2.3钢的热处理工艺和力学性能研究
2.3.1 时效温度对Al 00钢力学性能的影响
试样采用双真空冶炼的AlO0,炉号T13R2—74,
l 试样885℃lh±73℃lh+468℃5h、2 试样885℃ 1h±73℃lh+482℃5h、3 试样885℃lh±73 cc
lh+500 5h力学性能见表5。
表5时效温度对AIO0钢力学性能的影晌 Table 5 The influence of aging temperature OB mechanical properties of A100 steels
由表5可以看出,在482℃回火,由于在位错上
析出M C碳化物并开始长大,出现了逆转变奥氏体,
在马氏体板条界面上析出的奥氏体呈薄膜状,靠近
界面的板条内也有较细小O,一 建立起共格相平
衡,力学性能得到最佳配合。随着回火温度的升高 至500 oC,共格关系将失去,钢的强度下降。随回火 温度升高,M C碳化物进一步长大,且长大速度随温
度升高而迅速增加,同时逆转变奥氏体的含量也迅 速增加,尺寸增大成块状。该钢的二次硬化就是由
于在马氏体板条内位错上沿<100>方向析出并与基
体高度共格的细小弥散M c碳化物和马氏体板条内 高密度位错的共同作用引起的,组织中粗大渗碳体
粒子减少以及在板条边界形成薄膜状逆转变奥氏 体使得韧性进一步提高,但是M C碳化物长大粗化
及马氏体板条中亚结构的回复导致钢的强度下降,
没有达到AMS6532A要求。468℃5h回火后断裂韧