CN107761009B - 高强度特种钢 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高强度特种钢，其含有：约0.1至0.5重量％的碳(C)，约0.1至2.3重量％的硅(Si)，约0.3至1.5重量％的锰(Mn)，约1.1至4.0重量％的铬(Cr)，约0.3至1.5重量％的钼(Mo)，约0.1至4.0重量％的镍(Ni)，约0.01至0.50重量％的钒(V)，约0.05至0.50重量％的钛(Ti)和剩余的铁(Fe)，以及其它不可避免的杂质。本发明提供的高强度特种钢，通过调节组分及其量来控制碳化物的形式、尺寸和量，从而增加强度和疲劳寿命。

Description

高强度特种钢
技术领域
本发明涉及高强度特种钢，其组成及其量可以调节从而可以控制碳化物的形式、尺寸和量。这样，高强度特种钢显示出增加的强度和理想的疲劳寿命。
背景技术
对于底盘模块、驱动轴或副车架中的稳定杆和拉力赛车的底盘悬架中的臂，正开发用于减少其重量的技术以最大化燃料效率。在某些情况中，这些部件以中空形式或以聚合物材料制造。
在常规底盘钢的情况中，高强度要求通过添加例如铬(Cr)、钼(Mo)和钒(V)的元素来满足。然而，这种钢由于在钢结构内形成相对简单的碳化物而存在问题。形成的碳化物的量不大，而其尺寸不小，因此，钢部件的耐久性受损害。
KR 10-2015-0023566公开了高强度钢，其包含镍(Ni)、钼(Mo)和钛(Ti)，其中镍(Ni)的量为仅0.1重量％或更小，钛(Ti)的量为仅0.01重量％或更小，因此使其难以增加耐久性同时维持高强度。
JP 2015-190026公开了高强度钢，其中镍(Ni)的量仅在0.01至0.2重量％的范围内，钛(Ti)的量仅在0.005至0.02重量％的范围内，因此使其难以增加耐久性同时维持高强度。
提供在背景技术所述的细节的目的在于更好地理解本发明的背景，但不能认为所述细节对应于本领域技术人员已知的常规技术。
发明内容
在一个方面，本发明提供高强度特种钢，其通过调节组分及其量来控制碳化物的形式、尺寸和量，从而增加强度和疲劳寿命。
本发明提供高强度特种钢，其包含：约0.1重量％至0.5重量％的碳C，约0.1重量％至约2.3重量％的硅Si，约0.3重量％至约1.5重量％的锰Mn，约1.1重量％至约4.0重量％的铬Cr，约0.3重量％至约1.5重量％的钼Mo，约0.1重量％至约4.0重量％的镍Ni，约0.01重量％至约0.50重量％的钒V，约0.05重量％至约0.50重量％的钛Ti和剩余的铁Fe，以及其它不可避免的杂质。
在某些实施方案中，在钢结构中可以存在复合碳化物形式的(Ti,V)C。
在某些实施方案中，在钢结构中可以存在复合碳化物形式的(Cr,Fe)7C3。
在某些实施方案中，在钢结构中可以存在复合碳化物形式的(Fe,Cr,Mo)23C6。
在钢结构中存在的析出物可以具有约0.009或更大(例如约0.009、0.010、0.020、0.030、0.040、0.050或更大)的摩尔分数。
在钢结构中存在的析出物可以具有约13nm或更小(例如约13nm、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或约1nm)的尺寸。
高强度特种钢可以具有约1541MPa或更大(例如，约1541MPa、1550、1600、1650、1700、1750、1800、1850、约1900MPa或更大)的拉伸强度和约55万次或更大(例如，约55万次、56万次、57万次、58万次、59万次、60万次、61万次、65万次、70万次、75万次、80万次、85万次、90万次或约95万次或更大)的疲劳寿命。
根据本发明，高强度特种钢可以以控制元素的量以由此形成钢结构中的碳化物的方式增强强度和疲劳寿命。
附图说明
通过随后结合附图所呈现的详细描述将会更清楚地理解本发明的上述和其它特征以及优点。
图1为显示常规钢的相的摩尔分数随温度变化的图表。
图2为显示根据本发明的钢的相的摩尔分数随温度变化的图表。
图3为显示根据本发明的析出物的摩尔分数随时间变化的图表。
图4为显示根据本发明的析出物的尺寸随时间变化的图表。
具体实施方式
下文中，详细的说明将参考附图以本发明的优选的实施方案给出。
本发明提供一种高强度特种钢，其包含：约0.1至约0.5wt％(例如，约0.1重量％、0.2、0.3、0.4或约0.5重量％)的碳(C)，约0.1至约2.3重量％(例如，约0.1重量％、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2或约2.3重量％)的硅(Si)，约0.3至约1.5重量％(例如，约0.3重量％、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或约1.5重量％)的锰(Mn)，约1.1至约4.0重量％(例如，约1.1重量％、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或约4.0重量％)的铬(Cr)，约0.3至约1.5重量％(例如，约0.3重量％、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或约1.5重量％)的钼(Mo)，约0.1至约4.0重量％(例如，约0.1重量％、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或约4.0重量％)的镍(Ni)，约0.01至约0.50重量％(例如，约0.01重量％、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49或约0.50重量％)的钒(V)，约0.05至约0.50重量％(例如，约0.05重量％、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49或约0.50重量％)的钛(Ti)和剩余的铁(Fe)，以及其它不可避免的杂质。
在根据本发明的高强度特种钢中，如下给出其组分的量的必要限定的理由，其中除非另有说明，％表示重量％。
碳(C)：约0.1％至约0.5％。
碳(C)用于增加强度和硬度，并用于稳定残余奥氏体，并形成复合碳化物，例如(Ti,V)C、(Cr,Fe)7C3和(Fe,Cr,Mo)23C6。此外，耐回火性增加至约300℃。
如果碳(C)的量小于0.1重量％，则增强强度的效果不明显，疲劳强度可能减小。另一方面，如果碳(C)的量超过0.5％，可能留存不溶解的大的碳化物，不利地使疲劳特性变差，并减小耐久寿命。此外，在淬火前的可加工性可能减小。因此，碳(C)的量限定在0.1至0.5％(例如，约0.1％、0.2、0.3、0.4或约0.5％)的范围内。
硅(Si)：约0.1％至约2.3％。
硅(Si)用于增加伸长，还用于硬化铁素体和马氏体结构，并增加耐热性和可淬硬性。其可以增加形不变性和耐热性，但容易脱碳。
如果硅(Si)的量小于0.1％，增加伸长的效果变得不明显。此外，增加耐热性和可淬硬性的效果不明显。另一方面，如果硅(Si)的量超过2.3％，由于钢结构和碳(C)之间的双向渗透而可能发生脱碳。此外，由于淬火前硬度增加而使可加工性减小。因此，硅(Si)的量限定在约0.1％至2.3％(例如，约0.1％、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2或约2.3％)的范围内。
锰(Mn)：约0.3％至约1.5％。
锰(Mn)用于增强可淬硬性和强度。其可以在基体中形成固体溶液从而由此增加弯曲疲劳强度和淬火能力，并可以用作脱氧剂用于生产氧化物从而由此抑制例如Al2O3的包合物的形成。如果含有超量的Mn，则可以形成MnS包合物，导致高温脆性。
如果锰(Mn)的量小于0.3％，淬火能力的增加变得不明显。另一方面，如果锰(Mn)的量超过1.5％，由于中心离析和MnS包含的析出使得在淬火前的可加工性可能减小，疲劳寿命可能减小。因此，锰(Mn)的量限定在约0.3％至1.5％(例如，约0.3％、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或约1.5％)的范围内。
铬(Cr)：约1.1％至约4.0％。
铬(Cr)溶解在奥氏体结构中，在回火时形成CrC碳化物，增加可淬硬性，抑制软度从而由此增加强度，并有助于晶粒的细度。
如果铬(Cr)的量小于1.1％，则增加强度和可淬硬性的效果不明显。另一方面，如果铬(Cr)的量超过4.0％，则抑制多种碳化物的生成，由其增加的量导致的效果饱和，不利地增加成本。因此，铬(Cr)的量限定在约1.1％至4.0％(例如，约1.1重量％、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或约4.0重量％)的范围内。
钼(Mo)：约0.3至约1.5％。
钼(Mo)形成细析出物以由此增强强度，并增加耐热性和断裂韧性。此外，耐回火性增加。
如果钼(Mo)的量小于0.3％，则增加强度和断裂韧性的效果不明显。另一方面，如果钼(Mo)的量超过1.5％，由其增加的量导致的增加强度的效果饱和，不利地增加成本。因此，钼(Mo)的量限定在约0.3％至1.5％(例如，约0.3％、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或约1.5％)的范围内。
镍(Ni)：约0.1％至约4.0％。
铁(Ni)用于增加耐腐蚀性、耐热性和可淬硬性，并用于防止低温脆性。其稳定奥氏体并扩展高温范围。
如果镍(Ni)的量小于0.1％，则增加耐腐蚀性和高温稳定性的效果不明显。另一方面，如果镍(Ni)的量超过4.0％，则可能发生热脆。因此，镍(Ni)的量限定在约0.1％至4.0％(例如，约0.1％、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或约4.0％)的范围内。
钒(V)：约0.01％至约0.50％。
钒(V)用于由于形成细析出物而增加断裂韧性。这种细析出物抑制晶界的移动。钒(V)在奥氏体化时溶解并经受固体溶液，并在回火时析出从而由此产生二次硬化。在添加超量的钒的情况中，淬火后的硬度减小。
如果钒(V)的量小于0.01％，则增加强度和断裂韧性的效果不明显。另一方面，如果钒(V)的量超过0.50％，则可加工性可能减小，不利地造成产量降低。因此，钒(V)的量限定在约0.01％至0.50％(例如，约0.01％、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49或约0.50％)的范围内。
钛(Ti)：约0.05％至约0.50％。
钛(Ti)用于由于细析出物的形成而增加强度，还用于增强断裂韧性。此外，钛可以用作脱氧剂以由此形成Ti2O3，替代Al2O3的形成。
如果钛(Ti)的量小于0.05％，可能产生粗化，因此作为减小疲劳的主要原因的替代形成Al2O3的效果不明显。如果钛(Ti)的量超过0.50％，则由其增加的量导致的效果饱和，不利地增加成本。因此，钛(Ti)的量限定在约0.05％至0.50％(例如，约0.05％、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49或约0.50％)的范围内。
除了上述元素之外，可以包含不可避免的杂质，例如，铝(Al)、铜(Cu)和氧(O)。
铝(Al)：约0.003％或更小。
铝(Al)用于增加强度和冲击韧性，还使得昂贵元素(例如用于减少晶粒尺寸的钒和用于确保韧性的镍)以减少的量添加。如果铝(Al)的量超过0.003％，则可以形成矩形大包合物Al2O3，并可以由此用作疲劳位点，不利地使得耐久性变差。因此，铝的量(Al)限制在0.003％或更小(例如，约0.003％、0.002％、0.001％或更小)。
铜(Cu)：约0.3％或更小。
铜(Cu)用于增加回火后的强度，并用于增加钢的耐腐蚀性，类似于镍(Ni)。如果铜(Cu)的量超过0.3％，则可能增加合金成本。因此，铜的量(Cu)限制在0.3％或更小(例如，约0.3％、0.2％、0.1％或更小)。
氧(O)：0.003％或更小。
氧(O)与硅(Si)或铝(Al)偶合以由此形成硬的氧化物基非金属包合物，不利地使得疲劳寿命特性变差。优选地尽可能低地维持氧(O)的量。如果氧(O)的量超过0.003％，则由于与铝(Al)的反应而可能形成Al2O3，并可以用作疲劳位点，由此恶化耐久性。因此，氧的量(O)限制在0.003％或更小(例如，约0.003％、0.002％、0.001％或更小)。
实施例和比较实施例
以下表1中所示的量使用组分制造实施例和比较实施例的钢样品，其性质显示在下表2中。在退火时，样品经受950至1000℃下的油淬火，然后使用约200℃下的回火。
[表1]
重量％ C Si Mn Cr Mo Ni V Ti Cu Al O
实施例1 0.3 0.2 0.7 1.5 0.5 2.0 0.15 0.25 0.054 0.0004 0.0002
实施例2 0.12 0.12 0.31 1.11 0.32 0.13 0.02 0.07 0.067 0.0005 0.0018
实施例3 0.48 2.28 1.46 3.92 1.48 3.92 0.47 0.46 0.035 0.0011 0.0005
常规钢 0.15 0.15 1.0 1.5 0.9 - 0.25 - 0.053 0.0023 0.0018
比较实施例1 0.08 0.22 0.78 1.52 0.56 1.95 0.27 0.26 0.042 0.0006 0.0004
比较实施例2 0.52 0.19 0.36 2.14 0.39 0.33 0.32 0.08 0.040 0.001 0.002
比较实施例3 0.32 0.09 1.47 3.79 1.38 3.32 0.47 0.41 0.050 0.002 0.001
比较实施例4 0.15 2.32 0.83 1.55 0.62 2.52 0.16 0.34 0.034 0.0008 0.0016
比较实施例5 0.48 0.23 0.27 2.56 0.45 0.48 0.43 0.15 0.040 0.0009 0.0001
比较实施例6 0.33 0.58 1.53 3.90 1.47 3.74 0.41 0.41 0.053 0.0011 0.0016
比较实施例7 0.21 1.92 0.92 1.08 0.65 2.37 0.19 0.35 0.065 0.0018 0.0017
比较实施例8 0.48 0.26 0.42 4.1 1.41 0.86 0.13 0.22 0.042 0.0005 0.001
比较实施例9 0.31 0.39 1.47 3.56 0.27 3.88 0.47 0.46 0.044 0.0004 0.0015
比较实施例10 0.16 1.77 1.21 1.13 1.53 2.67 0.21 0.25 0.051 0.002 0.0023
比较实施例11 0.48 0.24 0.54 3.91 0.59 0.07 0.37 0.11 0.061 0.001 0.0016
比较实施例12 0.36 1.25 1.45 1.53 0.44 4.10 0.49 0.46 0.041 0.0016 0.0002
比较实施例13 0.13 1.38 0.96 2.33 1.26 1.45 0.009 0.23 0.063 0.0017 0.0008
比较实施例14 0.48 0.21 0.72 3.96 0.76 1.92 0.51 0.14 0.061 0.001 0.0009
比较实施例15 0.27 1.77 1.44 3.11 0.41 3.72 0.17 0.03 0.047 0.0015 0.0011
比较实施例16 0.32 2.05 0.91 1.69 1.25 2.35 0.28 0.52 0.053 0.0023 0.0018
[表2]
拉伸强度(MPa) 硬度(HV) 疲劳强度(MPa) 疲劳寿命
实施例1 1552 523 1161 58万次
实施例2 1563 519 1172 55万次
实施例3 1541 528 1164 56万次
常规钢 980 340 686 28万次
比较实施例1 1150 383 862 27万次
比较实施例2 1570 525 1175 25万次
比较实施例3 1270 421 948 24万次
比较实施例4 1510 499 1128 29万次
比较实施例5 1352 451 1009 42万次
比较实施例6 1416 470 1054 22万次
比较实施例7 1180 393 887 23万次
比较实施例8 1495 495 1118 35万次
比较实施例9 1310 438 969 32万次
比较实施例10 1515 502 1150 39万次
比较实施例11 1295 435 814 24万次
比较实施例12 1345 451 824 27万次
比较实施例13 1284 426 989 26万次
比较实施例14 1485 492 1114 39万次
比较实施例15 1385 459 1053 29万次
比较实施例16 1505 503 1162 37万次
表1显示实施例和比较实施例的钢组成的组分和量。此外，表2显示实施例和比较实施例的拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命。
根据KS B 0802或ISO 6892测量拉伸强度或屈服强度，根据KS B0811或ISO 1143测量硬度，根据KS B ISO 1143测量疲劳寿命。
在比较实施例1和2中，碳(C)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命全部劣于实施例的那些。另一方面，在元素的量大于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度和疲劳强度高于实施例的那些，但疲劳寿命低于实施例的那些。
在比较实施例3和4中，硅(Si)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命全部劣于实施例的那些。另一方面，在元素的量大于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度和疲劳强度等于实施例的那些，但疲劳寿命低于实施例的那些。
在比较实施例5和6中，锰(Mn)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于或大于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命劣于实施例的那些。
在比较实施例7和8中，铬(Cr)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命全部劣于实施例的那些。另一方面，在元素的量大于对应范围的情况下，拉伸强度和疲劳强度等于实施例的那些，但硬度和疲劳寿命低于实施例的那些。
在比较实施例9和10中，钼(Mo)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命全部劣于实施例的那些。另一方面，在元素的量大于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度和疲劳强度等于实施例的那些，但疲劳寿命低于实施例的那些。
在比较实施例11和12中，镍(Ni)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于或大于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命劣于实施例的那些。
在比较实施例13和14中，钒(V)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命全部劣于实施例的那些。另一方面，在元素的量大于对应范围的情况下，拉伸强度和疲劳强度等于实施例的那些，但硬度和疲劳寿命低于实施例的那些。
在比较实施例15和16中，钛(Ti)的量控制成小于或大于根据本发明的实施例的高强度特种钢的对应范围，其它组分的量控制在等同于实施例的对应范围的范围内。
如表2中所示，在元素的量小于对应范围的情况下，拉伸强度、硬度、疲劳强度和疲劳寿命全部劣于实施例的那些。另一方面，在元素的量大于对应范围的情况下，拉伸强度和疲劳强度等于实施例的那些，但硬度和疲劳寿命低于实施例的那些。
参考图1至图4，如下描述本发明的高强度特种钢。
图1为显示基于包含0.15C-0.15Si-1.0Mn-1.5Cr-0.9Mo-0.25V(在每个元素之前的数字表示以重量％计的量)的常规钢的热力学计算所得的摩尔分数随温度变化的图表。
图2为显示基于包含0.3C-0.2Si-0.7Mn-1.5Cr-2.0Ni-0.5Mo-0.15V-0.25Ti的根据本发明的高强度特种钢的热力学计算所得的摩尔分数随温度变化的图表。
当比较图1和图2时，本发明的钢含有比常规钢更大的量的碳(C)和奥氏体稳定元素镍(Ni)，由此A1和A3温度降低，奥氏体区域因此扩大。
与在其结构中具有VC碳化物的常规钢不同，本发明配置成使得(Ti,V)C碳化物可以析出在其结构中，并因此以复合碳化物的形式提供。这是因为添加钛(Ti)用于形成碳化物。与常规钢不同，本发明的钢配置成使得(Ti,V)C碳化物从奥氏体区域生成，因此碳化物的尺寸较小，其分布较高。此处“析出”意指从一个固体相中新产生出另一固体相。
因为具有小尺寸的复合碳化物均匀地分布在钢结构中，所得钢的强度和疲劳寿命增加。这些结果可从表2中看出。
与在其结构中形成(Cr,Fe)7C3碳化物然后在等于或低于500℃的温度下消失的常规钢不同，本发明的钢配置成使得(Cr,Fe)7C3碳化物在等于或低于500℃的温度下在其结构中析出，并以复合碳化物的形式提供。碳化物稳定生成的温度范围比常规钢更高，具有小尺寸的碳化物均匀地分布在钢结构中，由此可以增加所得钢的强度和疲劳寿命。这些结果可从表2中看出。
与在低温范围内在其结构中形成(Mo,Fe)6C碳化物的常规钢不同，本发明的钢配置成使得钼(Mo)的量较低，因此在低温范围内不形成例如(Mo,Fe)6C的碳化物，但析出(Fe,Cr,Mo)23C6碳化物并以复合碳化物的形式提供。
在低温范围内形成的诸如(Mo,Fe)6C的碳化物不稳定，因此其强度和疲劳寿命可能减小，但在低于形成(Mo,Fe)6C碳化物的温度下以预定的量或更大的量已经形成相对稳定的复合碳化物(Fe,Cr,Mo)23C6，由此由于缺少钼(Mo)而抑制(Mo,Fe)6C碳化物的形成，最终增加强度和疲劳寿命。
图3为显示根据退火时间而变化的碳化物的析出物的摩尔分数的图表。在本发明的钢中，析出物在基于10h的退火时间的用a代表的位置处以0.009或更多的摩尔分数形成，因此，与在b代表的位置处具有0.002的常规钢相比，产生非常大的量。因此，可以认为不仅强度而且疲劳寿命都增加。相对于总结构的析出物的摩尔分数占0.9％。
图4为显示根据退火时间而变化的碳化物的析出物的尺寸的图表。与在由基于10hr的退火时间的由d代表的位置处形成具有40nm或更多的尺寸的析出物的常规钢不同，可以看出本发明的钢在由c代表的位置形成具有13nm或更小的尺寸的析出物。类似地，不仅强度而且疲劳寿命都增加。
根据本发明的高强度特种钢通过控制其元素的量而形成碳化物，可以显示出增加的强度和疲劳寿命。
与常规钢相比，拉伸强度增加约57％，因此，当本发明的钢应用于车辆部件时，车辆的重量可以减少约32％，由此增加燃料效率。此外，疲劳强度可以增加约69％，疲劳寿命可以增加约96％。
尽管出于说明的目的已参考附图公开了本发明的优选实施例，但是本领域一般技术人员应当理解，各种修改、增加和删减是可能的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (5)

1.一种高强度特种钢，其包含：0.1重量％至0.5重量％的碳C，0.1重量％至2.3重量％的硅Si，0.3重量％至1.5重量％的锰Mn，1.1重量％至4.0重量％的铬Cr，0.3重量％至1.5重量％的钼Mo，0.1重量％至4.0重量％的镍Ni，0.01重量％至0.50重量％的钒V，0.05重量％至0.50重量％的钛Ti和剩余的铁Fe，以及其它不可避免的杂质，
其中在钢结构中存在的析出物具有0.009或更大的摩尔分数，
其中在钢结构中存在的析出物具有13nm或更小的尺寸。
2.根据权利要求1所述的高强度特种钢，其中在钢结构中存在复合碳化物形式的(Ti,V)C。
3.根据权利要求1所述的高强度特种钢，其中在钢结构中存在复合碳化物形式的(Cr,Fe)7C3。
4.根据权利要求1所述的高强度特种钢，其中在钢结构中存在复合碳化物形式的(Fe,Cr,Mo)23C6。
5.根据权利要求1所述的高强度特种钢，其具有1541MPa或更大的拉伸强度和55万次或更大的疲劳寿命。
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