一种高强钢合金及其用图
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种高强钢合金及其用途。
【背景技术】
[0002]钢合金塑性变形能力不及铝和钢，增加了钢合金塑性加工的难度和生产制备成本，为此近年的新型钢合金开发研究中，已经开始重视通过变形钢合金中合金相设计和采用新变形工艺等方式，在保证一定强度的同时更注重提高钢合金的塑性加工能力。
[0003]由于钢合金刚度和强度高，而且有着优良导热性能、电磁屏蔽性能、阻尼性能、切削加工性和减震性能，同时具有尺寸稳定、无污染、易回收等一系列优点，是结构轻量化理想材料，在汽车、航空航天、国防及3C产品等工业中有着广阔的商业应用前景。然而由于钢合金绝对强度低，室温变形能力较差，易氧化燃烧、易腐蚀等缺陷，限制了其作为结构材料的广泛应用，目前钢合金的应用远不如铝合金广泛。因此，提高钢合金强度使其具有良好的综合性能，是新型钢合金开发的热点，同时高强度钢合金开发对拓展钢合金的应用领域具有重要意义。
[0004]因此，这两大体系钢合金大量应用于承载结构件受到限制。而要想提高钢合金的强度可以通过添加颗粒或纤维增强相来提高合金强度，也可以通过强烈塑形变形或粉末冶金等复杂的制备方法来提高合金轻度。但上述两种方法均无法制备大尺寸钢合金结构件，因此其应用受到限制。添加合金元素强化钢合金是提高钢合金强度的一种简单有效且经济实用的方法，目前在高强钢合金开发过程中通过添加大量的合金元素来提高强度使用的最为普遍。在提高钢合金性能的各种合金元素中，多种稀土元素联合使用时强化效果最好。目前，高强钢合金的开发一般含两种及两种以上稀土元素。另外，稀土元素在铸造钢合金中有净化、除气和排渣作用，能有效减少气体、氧化物和有害元素的影响。同时，部分稀土元素能够细化合金组织或扩散固溶于基体内部以强化钢合金的力学性能，还可以在金属中形成稀土化合物，这些化合物在钢合金基体的晶界处产生偏聚，进而增加了位错密度，增大了晶格畸变程度，从而达到强化的目的。大量稀土元素的加入虽然可以大大提高钢合金的强度，
但随之而来的是钢合金材料价格比较高，高稀土钢合金大量应用受到限制。因此开发无稀土或含少量稀土元素的高强钢合金具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高强钢合金及其制备方法，该工艺方法成本低且简便易行，获得的钢合金具有较高的强度，使得此类钢合金具有比传统商业钢合金优越的力学性能。
[0006]本发明提供的一种高强钢合金，各组份及其质量百分比为:1.f 11.0%的Cr，5.0?9.0% 的 Bi,6.0%?11.0% 的 Zn,8.0%?13.0% 的 Y,0.3?0.9% 的 Ti,0.5?4.0% 的 Nb,杂质元素S1、Cu和Ni的总量小于0.01%，Fe为余量。
[0007]本发明提供的一种高强钢合金的制备方法，其主要包括以下几个步骤:
(1)将Fe、Cr、B1、Zn、Y、Nb和Ti按权利要求1所述的成分配料，其中Fe、Cr、Bi和Zn以工业纯Fe、纯Cr、纯Bi和纯Zn的形式添加，Y、Nb和Ti分别以Fe_25 (或50) wt.%Y、Zn-30wt.%Nb和Fe_30wt.%Ti中间合金的形式添加；
(2)将权利要求1中的(I)中原料分别置于烘箱中进行预热，预热温度为15(T200°C，预热时间为2?3h ；
(3)将熔化炉升温至85(T90(TC，将已预热的纯Fe和Fe-Y中间合金放入熔化炉中进行熔化，熔化过程中需通入保护气体和覆盖剂，待上述原料全部熔化后，采用搅拌器对合金液搅拌5?10min使其均匀混合，然后清除合金液表面的熔渣；
(4)将上述合金液升温至92(T950°C加入金属Bi，中间合金完全熔化后进行搅拌，将合金液进一步升温至98(Tl00(TC后分批次加入Fe-Ti和Zn-Nb中间合金，并进行充分搅拌；将合金液温度降至72(T740°C加入纯Cr和纯Zn，待纯Cr和纯Zn完全熔化后；采用Ar气和溶剂对合金液进行精炼处理，熔体经搅拌和扒渣后在70(T72(TC保温静置3(T60min进行铸造；
(5)将铸造的锭坯放入带有循环风的电阻式加热炉中进行双级均匀化处理，均匀化处理制度为:在35(T400°C保温5?8h后升温至50(T530°C保温10?15h ；
(6)将均匀化后的锭坯进行表面车削，将锭坯直径和长度加工到与挤压机挤压筒内径和长度相匹配；将加工好的锭坯放入加热炉中加热到34(T420°C，保温5?1h ；
(7)将加热好的锭坯放入事先预热的挤压筒中进行挤压，挤压速度为l.(T5.0m/min,挤压筒预热温度为32(T40(TC，挤压比为1(Γ50:1，得到挤压棒材；
(8)将获得的挤压棒材进行双级时效处理，其工艺制度为:在12(Tl60°C保温:T8h后升温至18(T220°C保温3(T80h，空冷，制得高强度钢合金材料。
[0008]所述铸造采用低频电磁油滑半连续铸造方法，铸造工艺制度为:电磁场频率为20?30Ηζ，磁场强度为15?30mT，铸造速度为2(T80mm/min，冷却水量为5(T400L/min，结晶器为锻铝套结晶器。
[0009]所述的保护气体为SF6+C02+Ar混合气体，SF6: CO2: Ar体积比为0.5:40:50。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
(I)本发明的高强钢合金与其他高强钢合金相比稀土元素较少，所用原材料易于获得，成本低,性价比高,易于大规模生产。
[0011](2)本发明工艺简单，所用设备为常规通用设备，易于移植和操作，成本低，可明显改善合金强度低的问题，可解决钢合金由于强度低而限制其应用的难题，也可扩大钢合金的应用领域。
[0012](3)本发明提供的合金组分及其方法制备的钢合金室温拉伸性能为:抗拉强度为3410?3450MPa，屈服强度为 350?380MPa。
【具体实施方式】
[0013]下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
[0014]本实施例中Fe,Cr,Bi和Zn分别以铁锭(99.95%)、铬锭(99.99%)、铋锭(99.99%)和锌锭(99.95%)加入，Y、Nb和Ti均采用中间合金的形式加入，各中间合金组成质量分数分别为:Fe-25 (或 50) %Y、Zn_30%Nb 和 Fe_30%Ti。
[0015]本实施例中在合金铸造过程中所用的保护气体为SF6+C02+Ar混合气体，SF6: CO2: Ar 体积比为 0.5:40:50。
[0016]根据国标GBT10419-2002的标准，对本实施例所得各种钢合金材料进行室温力学性能测试。
[0017]实施例1:
合金的成分(质量百分比)为=Cr含量为1.1%，Bi含量为6.0%，Zn含量为7.0%，Y含量为13.0%，Ti含量为0.8%，Nb含量为1.2%，杂质元素S1、Cu和Ni的总量小于0.01%, Fe为余量。本实施例中在合金熔炼过程中所用的覆盖剂各组份及其重量份为4克硫磺，225克硅藻土，200克硼酸，硅溶胶71