本發(fā)明涉及超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼材料設(shè)計和制備應(yīng)用，特別涉及一種3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、索具鋼在艦船用纜索、大跨度橋梁纜索、重型起重機(jī)用纜索等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前艦船用纜索等通常采用直徑φ5mm～φ7mm的冷拔珠光體鋼絲，其抗拉強(qiáng)度一般在1770～2060mpa之間。由于冷拔珠光體鋼絲的耐腐蝕性能較差，為避免其在服役過程中發(fā)生銹蝕，需在其表面進(jìn)行鍍鋅處理，這無疑會顯著地提升索具鋼的制備成本。人們亟需開發(fā)具有更高強(qiáng)度、更高耐腐蝕性能的新型索具鋼。

2、研究表明，細(xì)化晶粒不僅可以有效阻礙位錯的運(yùn)動從而提升材料的強(qiáng)度，同時還有利于材料發(fā)生均勻腐蝕，并提升材料表面鈍化膜的穩(wěn)定性，從而提升材料的耐腐蝕性能。超細(xì)晶金屬材料的制備主要是通過大塑性變形(spd)法來實(shí)現(xiàn)的。常見的大塑性變形法包括等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ecap)、累積復(fù)合軋制(arb)、多向鍛造(mf)和高壓扭轉(zhuǎn)(hpt)等，這些方法均需要依靠大功率設(shè)備及昂貴的模具，所制備材料的尺寸也較小，無法滿足規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的需要。因此，亟需一種新型的超細(xì)晶索具鋼低成本與規(guī)?；闹苽浼夹g(shù)。

3、此外，優(yōu)化索具鋼的化學(xué)成分，添加mo、al元素，可以提升其強(qiáng)度與耐腐蝕性能。一方面，索具鋼經(jīng)劇烈冷變形后，其內(nèi)部的位錯密度急劇提升，導(dǎo)致材料組織的穩(wěn)定性降低，位錯和超細(xì)晶組織易于在冷拉拔時發(fā)生回復(fù)或粗化長大，使索具鋼在持續(xù)拉拔過程中發(fā)生軟化。添加mo元素可以降低基體的擴(kuò)散系數(shù)，抑制位錯的攀移回復(fù)；添加al元素可以避免索具鋼中的碳化物發(fā)生聚集長大。因此添加mo、al可以提升索具在冷拉拔后鋼的強(qiáng)度。另一方面，mo元素可以提升鈍化膜的穩(wěn)定性，而al元素有利于促進(jìn)索具鋼表面生成致密的al2o3鈍化膜，因此添加mo、al元素還可以提升鋼鐵材料的耐腐蝕性能。

4、因此，人們迫切希望獲得一種技術(shù)效果更優(yōu)的超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種兼具有3gpa以上超高強(qiáng)度和優(yōu)良耐腐蝕性能的超細(xì)晶0.8c3al0.7mo索具鋼及其制備方法，這有望推動現(xiàn)有索具鋼材料的優(yōu)化升級。

2、本發(fā)明一種3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼，其技術(shù)關(guān)鍵是：按重量百分比計，該索具鋼的化學(xué)成分構(gòu)成及其重量百分比滿足下述要求：c：0.6～1.0；al：2.2～3.8；mo：0.3～1.1；余量為fe。進(jìn)一步優(yōu)選限定內(nèi)容：按重量百分比計，該索具鋼的化學(xué)成分構(gòu)成及其重量百分比滿足下述要求：c：0.75～0.85；al：2.8～3.2；mo：0.6～0.8；余量為fe。

3、本發(fā)明還要求保護(hù)前述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其技術(shù)關(guān)鍵是：所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：

4、按重量百分比計，原始物料的化學(xué)成分構(gòu)成及其重量百分比滿足下述要求：c：0.6～1.0；al：2.2～3.8；mo：0.3～1.1；余量為fe；

5、采用真空感應(yīng)爐熔煉，隨后在1150℃以上將其鍛造坯料，獲得所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼。

6、所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：熱軋坯料的初始組織為全馬氏體組織，對該組織在800～880℃的(α+γ)兩相區(qū)進(jìn)行多道次熱軋，獲得超細(xì)晶組織。

7、軋制變形溫度為830～850℃；熱軋變形量度不低于90％。

8、對軋制變形后的材料進(jìn)行冷拉拔處理，冷拉拔變形量不低于80％。

9、對冷拉拔變形后的材料進(jìn)行退火，退火溫度為150℃，退火時間為1小時。

10、顯微組織為條帶狀超細(xì)晶鐵素體+馬氏體組織，其屈服強(qiáng)度為2150～3050mpa，拉伸強(qiáng)度為2550～3450mpa，延伸率為3～10％，在3.5％nacl水溶液中的自腐蝕電流為0.2～1μa/cm2。

11、為開發(fā)3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼，本發(fā)明在傳統(tǒng)t8碳素鋼中添加了al和mo元素，設(shè)計了超細(xì)晶0.8c3al0.7mo索具鋼。將利用其超細(xì)晶組織以及mo、al合金化，提升索具鋼的強(qiáng)度與耐腐蝕性能。為實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶組織的制備，本發(fā)明對0.8c3al0.7mo鋼在奧氏體單相區(qū)進(jìn)行固溶后淬火，獲得馬氏體組織。隨后，對該馬氏體組織在(α+γ)兩相區(qū)進(jìn)行熱軋，存儲于馬氏體組織中的應(yīng)變能與界面能將為α相的動態(tài)再結(jié)晶提供強(qiáng)大的驅(qū)動力，從而大幅提升動態(tài)再結(jié)晶形核率。同時，熱軋制過程中馬氏體將發(fā)生分解α′→α+γ，分解產(chǎn)物γ相能夠釘扎α晶粒，抑制動態(tài)再結(jié)晶晶核的粗化長大，使材料在變形后獲得超細(xì)晶組織。隨后對該超細(xì)晶組織進(jìn)行冷拉拔，由于mo與al可以提升顯微組織的穩(wěn)定性，抑制位錯的回復(fù)和碳化物的聚集長大，超細(xì)晶的強(qiáng)度將進(jìn)一步提升。冷拉拔后，通過低溫回火處理，可以材料的塑韌性，最終制備出3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕0.8c3al0.7mo索具鋼。

12、區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明所提供的索具鋼，無需依靠大功率設(shè)備及昂貴的模具，通過常規(guī)熱變形即可實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶超高強(qiáng)索具鋼的制備。本發(fā)明大幅提升了索具鋼的強(qiáng)度與耐腐蝕性能。其屈服強(qiáng)度為2150～3050mpa，拉伸強(qiáng)度為2550～3450mpa，延伸率為3～10％，在3.5％nacl水溶液中的自腐蝕電流為0.2～1μa/cm2。本發(fā)明所提供的超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼可用于艦船用纜索、大跨度橋梁纜索、重型起重機(jī)用纜索等多個重要領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼，其特征在于：按重量百分比計，該索具鋼的化學(xué)成分構(gòu)成及其重量百分比滿足下述要求：

2.按照權(quán)利要求1所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼，其特征在于：按重量百分比計，該索具鋼的化學(xué)成分構(gòu)成及其重量百分比滿足下述要求：

3.權(quán)利要求1所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其特征在于：所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：采用真空感應(yīng)爐熔煉，隨后在1150℃以上將其鍛造坯料，獲得所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼。

4.按照權(quán)利要求3所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其特征在于：所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：

5.按照權(quán)利要求3或4所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其特征在于：所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：

6.按照權(quán)利要求5所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其特征在于：所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：

7.按照權(quán)利要求6所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其特征在于：所述3gpa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法滿足下述要求：對冷拉拔變形后的材料進(jìn)行退火，退火溫度為150℃，退火時間為1小時。

技術(shù)總結(jié)
3GPa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼，其按重量百分比計的化學(xué)成分構(gòu)成及其重量百分比滿足下述要求：C：0.6～1.0；Al：2.2～3.8；Mo：0.3～1.1；余量為Fe。前述3GPa超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼的制備方法，其滿足下述要求：熱軋坯料的初始組織為全馬氏體組織，對該組織在800～880℃的(α+γ)兩相區(qū)進(jìn)行多道次熱軋，獲得超細(xì)晶組織。本發(fā)明所提供的索具鋼，設(shè)備、模具和制備工藝大大簡化；其大幅提升了索具鋼的強(qiáng)度與耐腐蝕性能。本發(fā)明所提供的超高強(qiáng)耐腐蝕索具鋼可用于艦船用纜索、大跨度橋梁纜索、重型起重機(jī)用纜索等多個重要領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：張書源,王海,任玲,楊柯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院金屬研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7