CN114774800B - 一种超高强度、高塑韧性马氏体钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高强度、高塑韧性马氏体钢及其制备方法，以质量百分比计，该马氏体钢的化学成分包括：C：0.40％～0.65％，Cr：0.5％～1.0％，Mn：0.5％～2.5％，Si：1.5％～2.5％，Nb、V和Ti三种元素任一组合的总含量不高于0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P≤0.03％，S≤0.03％，H≤10ppm，O≤30ppm；原料经熔炼、锻造、淬火、轧制和淬回火处理后，制成具有高密度均匀分布的双态共格纳米ε碳化物强化的马氏体钢。本发明以不到马氏体时效钢十分之一的成本获得了超过马氏体时效钢力学性能的超高强度、高塑韧性马氏体钢，具有超高的抗拉强度、屈服强度、良好的塑性，且成本低、综合力学性能优异，具有较高的工程应用价值和潜在经济效益。

Description

一种超高强度、高塑韧性马氏体钢及其制备方法
技术领域
本发明属于合金结构钢技术领域，具体涉及一种资源节约型超高强度、高塑韧性钢及其制备方法。
背景技术
钢铁材料是最重要的工程结构材料之一，为航空航天、海洋工程和先进装备制造等涉及国计民生和国家安全等重大关键领域提供关键材料支撑。虽然各类新材料层出不穷，但钢铁材料在性能多样化、制备加工性、矿产资源储量等方面具有极大的优势，在今天和可预见的未来，仍将是一种不可替代的关键材料之一。超高强度钢通常还要求具有良好的塑韧性、优异的抗疲劳性能、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。超高强度钢是应用范围很广的一类重要钢种，大量应用于火箭发动机壳体、飞机起落架、装甲板，紧固件，起落架，喷气发动机轴等对性能有特殊要求的领域。
中国专利(202110775891.8)公布了一种2600MPa级超高强度钢及其制备方法。该超高强度钢的化学成分按重量百分比计为：Ni：10％～18％，Co：4％～16％，Mo：3％～9％；Al：0.5％～6％，余量为铁和不可避免的杂质。根据成分配料冶炼，经锻压，固溶及冷轧热处理工艺(退火、时效)，制备得到组织均匀，高密度B2-NiAl金属间化合物为主要强化相及纳米Mo团簇共同强化的马氏体高强钢。该专利的超高强度钢，抗拉强度≥2600MPa、屈服强度≥2250MPa。然而，该合金含有大量的贵重合金元素Ni、Co和Mo，并且该钢的塑性较差。
中国专利(202011186695.9)公布了一种屈服强度大于2000MPa的超高强度钢及其制备方法，该合金采用低成本Fe-C-Si-Mn-V低合金中锰成分制备出马氏体和残余奥氏体的层状复相组织结构，从而获得高强度。但该钢的制备过程需要经过旋锻、回火、预变形和回火配分处理，过程相对繁复。此外，由于需要预变形处理，因此该钢难以进行工业应用上的大尺寸制备。
中国专利(202010555730.3)公布了一种B2纳米粒子共格析出强化的超高强度马氏体时效不锈钢及制备方法，合金成分的质量百分比(wt.％)为Cr：4.0～6.0，Ni：13.0～15.0，Al：3.0～4.0，Mo：1.0～2.0，W：0.3～0.7，Nb：0.2～0.4，C：0.03～0.05，B：0.004～0.008，Si≤0.20，Mn≤0.20，S≤0.01，P≤0.02，O≤0005，N≤0.02，Fe：余量，且Nb/C的原子百分数比例为1:1，Cr/(Mo+W)的原子百分数比例为8:1。该发明通过合金成分设计实现了高密度的B2相纳米粒子在马氏体基体上均匀共格析出，使得该合金具有强度高于2.0GPa的超高强度。该合金需要通过添加大量的贵重合金元素Ni、Mo来形成析出相，从而达到强化的目的。
中国专利(202111417024.3)公布了一种共格和非共格纳米相复合强化的超高强度马氏体时效钢及其制造方法，该钢的化学成分包括：Ni为2％-10％，Al为0.5％-2.0％，Ti为0.5％-2.5％，Cu为0.5％-2.5％，Mn为0-10％，Mo为0-5％，Cr为0-11％，C为0-0.1％，B为0.01％-0.06％，P不高于0.04％，S不高于0.04％，N不高于0.04％，O不高于0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。原料经熔炼、轧制、固溶和时效处理，制成共格NiAl纳米相、共格富Cu纳米相和非共格Ni3Ti纳米相复合强化的高强度马氏体时效钢，屈服强度为1200MPa-1800MPa，抗拉强度为1200MPa-2000MPa，延伸率为5％-20％。该合金也需要大量的合金元素，如Ni、Ti、Cu、Mo和Cr，造成材料成本高昂。此外，当材料强度较高时，延伸率较低。
中国专利(202110316837.7)公布了一种高均匀伸长率2000MPa级超高强度钢及其制备方法，钢中化学成分重量百分比为：C为0.3％～0.4％，Ni为8％～9％，Cr为6.5％～10.0％，Mo为3.0％～6.0％，Mn为0～2％，Si为0～2％，Cu为0～2％，V为0.05％～0.15％，Nb为0.05％～0.15％，余量为Fe。通过变形处理制备出具有纳米片层特征的马氏体和奥氏体复相组织，获得了抗拉强度达到2000MPa，延伸率达到10％的超高强度钢。该专利也需要使用大量贵重合金元素Ni、Cr和Mo，成本高。
美国专利No.5087415和No.5268044公开了一种AerMet100，是一种商用超高强度非不锈钢，不需要表面硬化。按照质量百分数，AerMet100的成分为13.4％Co，11.1％Ni，3.1％Cr，1.2％Mo，0.23％C，剩余为Fe。AerMet100具有良好的高强度和高断裂韧性，适用于飞机零件和军械。此外，AerMet100的屈服强度为1720MPa，洛氏硬度为53.0-54.0，断裂韧性(KⅠc)为126MPa·m0.5。然而，合金元素Co、Ni和Mo是相当昂贵的，从而极大的增加了该钢的生产成本。因此，人们需要一种具有与AerMet100相似的力学性能且成本低得多的钢材。
HY180，公布于美国专利No.3502462，是一种商用高强度非不锈钢，不需要表面硬化。按照质量百分数，HY180的成分为10％Ni，8％Co，2％Cr，1％Mo，0.13％C，0.1％Mn，0.05％Si，剩余为Fe。HY180的材料成本低于AerMet 100，但由于Co含量较低，HY180的室温屈服强度仅为1240MPa。
美国专利No.5358577公开了一种高强度，高韧性的不锈钢，按照质量百分数，其成分为12％-21％Co，11％-15％Cr，0.5％-3.0％Mo，0-2.0％Ni，0-2.0％Si，0-1.0％Mn，0.16％-0.25％C，并配以0.1％-0.5％V或0-0.1％Nb，剩余为Fe。该合金的室温抗拉强度(UTS)为1720MPa或更高，室温屈服强度为1190MPa或更高。然而，其室温屈服强度无法超过1450MPa。此外，由于该钢中极高的Co含量，使得其成本高昂。
美国专利No.7160399和No.7235212展示了一种不需要表面硬化的超高强度耐腐蚀钢。该专利中命名为Ferrium的一种合金，其名义成分为14.0％Co，10.0％Cr，5.5％Ni，2.0％Mo，1.0％W，0.30％V，0.21％C，剩余为Fe。Ferrium/>的室温抗拉强度约为1980MPa，室温屈服强度约为1560MPa。该材料的KⅠc限制在72MPa·m0.5左右。同样由于Co的加入，材料成本较高。
美国专利No.0230015公布了一种合金钢，合金成分质量百分比为：0.20％～0.33％C，4.0％～8.0％Co，7.0％～11.0％Ni，0.8％～3.0％Cr，0.5％～2.5％Mo，0.5％～5.9％W，0.05％～0.20％V，以及不超过0.02％的Ti，剩余为Fe及不可避免的杂质元素。合金的最高力学性能可达1800MPa的屈服强度，1990MPa的抗拉强度和14％的延伸率。然而，合金中同样需要添加大量合金元素Co、Ni、Mo和W。
提高材料的强度一直是材料领域研究的热点问题。可以通过引入各种缺陷阻碍位错运动，使材料难以产生塑性变形而提高强度。但材料强化的同时通常伴随着塑性或韧性的急剧下降。长期以来材料的这种强塑性“倒置关系”成为制约材料发展的重要瓶颈。通过合金化方法在马氏体基体中析出大量半共格或共格纳米析出相是改善超强马氏体钢中强塑性“倒置关系”的有效途径。但是，目前获得高密度的半共格或共格析出相均需要在钢中添加高含量贵重合金元素，如含NiAl型共格析出相的马氏体时效钢中含有大量Ni、Co、Ti、Mo等贵重合金元素。过度依赖合金化的现代材料技术使得材料制备成本和资源回收难度都急剧攀升。因此，探索和开发符合“材料素化”理念的超强钢具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种超高强度、高塑韧性马氏体钢及其制备方法，通过合金成分和处理工艺的设计首次在低合金钢中获得了与基体具有共格关系的高密度弥散分布的双态共格纳米epsilon碳化物(ε-碳化物)，以不到马氏体时效钢十分之一的成本获得了超过马氏体时效钢力学性能的超高强度、高塑韧性马氏体钢。本发明的马氏体钢具有超高的抗拉强度、屈服强度、良好的塑性以及不使用或少量使用贵重合金元素等特点，具有成本低、节约资源和性能优异的优势。
本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种超高强度、高塑韧性马氏体钢，以质量百分比计，其化学成分包括：C：0.40％～0.65％，Cr：0.5％～1.0％，Mn：0.5％～2.5％，Si：1.5％～2.5％，Nb、V和Ti三种元素的任一组合的总含量不高于0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P≤0.03％，S≤0.03％，H≤10ppm，O≤30ppm；所述Nb、V和Ti三种元素的任一组合至少包括Nb、V和Ti中的一种。
进一步地，所述超高强度、高塑韧性马氏体钢的组织特征为：马氏体基体和少量残余奥氏体，棒状ε碳化物和高密度粒状ε碳化物均匀分布在马氏体基体上。其中，棒状ε碳化物的直径为10nm～20nm，长度为200nm；高密度粒状ε碳化物的直径为0.5nm～3nm。
更进一步地，所述超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为1800MPa～2250MPa，抗拉强度为2000MPa～2550MPa，总延伸率为10％～20％。
本发明还提供一种超高强度、高塑韧性马氏体钢的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将原料钢、铬铁、硅铁、锰铁、生铁、钛铁、铌铁和钒铁进行熔炼处理，得到符合成分要求的铸锭；以质量百分比计，所得到的符合成分要求的铸锭的化学成分包括：C：0.40％～0.65％，Cr：0.5％～1.0％，Mn：0.5％～2.5％，Si：1.5％～2.5％，Nb、V和Ti三种元素的任一组合的总含量不高于0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P≤0.03％，S≤0.03％，H≤10ppm，O≤30ppm；Nb、V和Ti三种元素的任一组合至少包括Nb、V和Ti中的一种；
(2)对步骤(1)所得铸锭进行锻造，起锻温度为1050℃～1200℃，终锻温度为880℃～920℃，锻后空冷；
(3)将步骤(2)空冷后所得锻件加热到850℃～920℃保温2h～4h，然后淬火；
(4)将步骤(3)淬火后的锻件加热到450℃～620℃后进行轧制处理，轧制后的冷却方式为空冷；
(5)将步骤(4)轧制并冷却后的钢板加热到820℃～920℃保温0.2h～2h，然后淬火，之后再进行回火处理，即得超高强度、高塑韧性马氏体钢。
在上述制备方法中，步骤(2)中的锻压比不小于5。
步骤(4)中的轧制量为70％～90％，每道次轧下量为5％～10％。
步骤(5)中回火处理的温度为200℃～300℃，时间为2h～4h。
按照上述方法最终所制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的组织特征为：马氏体基体和少量残余奥氏体，棒状ε碳化物和高密度粒状ε碳化物均匀分布在马氏体基体上；所述的棒状ε碳化物的直径为10nm～20nm，长度为200nm；高密度粒状ε碳化物的直径为0.5nm～3nm。
所制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为1800MPa～2250MPa，抗拉强度为2000MPa～2550MPa，总延伸率为10％～20％。
本发明所设计的超高强度、高塑韧性马氏体钢的化学成分作用如下：
C：碳是钢中最基本、最重要的元素，一方面能提高马氏体钢的淬透性，获得具有高密度位错的马氏体基体；另一方面可以形成固溶强化，提升基体硬度。此外，较高的碳含量可以使马氏体因含有过饱和的碳原子而呈现出体心四方(BCT)晶体结构，这将促进回火过程中ε碳化物的析出。然而，过高的碳含量将会使马氏体钢产生极高的淬火应力，并在组织中出现大量孪晶马氏体，导致马氏体钢脆性显著增加。因此，该超高强度、高塑韧性马氏体钢中的碳含量应合理控制为0.40wt.％-0.65wt.％。
Cr：铬在本合金中的作用主要是提高淬透性，使得大尺寸试件能够通过淬火处理得到马氏体基体。过高的铬含量不仅增加了合金成本，还容易导致马氏体在回火过程中的析出粗大的铬的碳化物，从而显著降低材料的塑韧性，因此本发明超高强度、高塑韧性马氏体钢中铬的含量应控制为0.5wt.％-1.0wt.％。
Mn：锰能够强烈地提升合金的淬透性，同时也可以提高残余奥氏体的稳定性。然而过高的锰含量会导致基体中残余奥氏体含量过高，从而降低马氏体的含量，进而降低材料的强度，因此本发明超高强度、高塑韧性马氏体钢中锰的含量应控制为0.5wt.％-2.5wt.％。
Si：硅固溶在铁素体和奥氏体中能够提高其硬度和强度，同时硅能够显著抑制基体中Fe3C的析出，因而能够提升基体的硬度。然而硅含量过高时容易导致高碳合金中形成石墨相，从而降低材料的强塑性。因此本发明超高强度、高塑韧性马氏体钢中硅的含量应控制在1.5wt.％-2.5wt.％。
Nb、V和Ti：铌、钒和钛是强碳化物形成合金元素，形成的碳化物能够显著细化晶粒尺寸，能够提升材料的强塑性。然而铌、钒和钛的价格较高，并且加入量过高会导致基体中形成的碳化物尺寸粗大，因此，本发明超高强度、高塑韧性马氏体钢中铌、钒和钛三种元素的任一组合的总含量应控制在0.2wt.％以下。其中，铌、钒和钛三种元素的任一组合应至少包括铌、钒和钛中的一种。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过合金成分和处理工艺的设计首次在低合金钢中获得了与基体具有共格关系的高密度弥散分布的双态共格纳米epsilon碳化物(ε-碳化物)，以不到马氏体时效钢十分之一的成本获得了超过马氏体时效钢力学性能的超高强度、高塑韧性马氏体钢。与现有超高强度马氏体钢相比，本发明的马氏体钢具有极高的屈服强度、抗拉强度和良好的塑性，其屈服强度范围为1800MPa～2250MPa，抗拉强度范围为2000MPa～2550MPa，总延伸率范围为10％～20％。
(2)与现有超高强度马氏体钢相比，本发明的超高强度、高塑韧性马氏体钢中起到强化作用的纳米析出相是一种碳化物(Fe2.4C)，不消耗贵重合金元素，如Ni、Co、Mo等，能够节约资源、降低原材料成本。因此，本发明马氏体钢在不使用贵重、稀缺金属的前提下获得了具有优异力学性能的马氏体钢，具有较高的工程应用价值和潜在经济效益。
(3)本发明的制备工艺简单，适合进行工业应用上的大尺寸制备；在提高力学性能的同时显著降低了生产成本，因而具有较高的工程应用价值和巨大的经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例3所制备的马氏体钢组织的透射电子显微镜明场像照片(a)和高分辨透射电子显微镜照片(b)。
图2是本发明实施例3所制备的马氏体钢的工程应力应变曲线。
图3是本发明实施例3所制备的马氏体钢拉伸试样断口的扫描电子显微镜照片，(a)为微观照片，(b)为宏观照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，下面将结合具体实施例和附图来进一步阐述本发明。以下实施例以本发明的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
一种资源节约型超高强度、高塑韧性马氏体钢，以质量百分比计，该超强马氏体钢的化学成分为：C：0.40％，Cr：0.5％，Mn：2.5％，Si：2.5％，Nb：0.02％，V：0.07％，Ti：0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.03％，S：0.03％，H：10ppm，O：30ppm。
其制备方法包括：
(1)按照设计的超高强度、高塑韧性马氏体钢的化学成分的比例取原料钢、铬铁、硅铁、锰铁、生铁、钛铁、铌铁和钒铁；将原料进行熔炼处理，得到符合要求的铸锭，所得铸锭的化学成分符合以下要求C：0.40％，Cr：0.5％，Mn：2.5％，Si：2.5％，Nb：0.02％，V：0.07％，Ti：0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.03％，S：0.03％，H：10ppm，O：30ppm。
(2)对步骤(1)所得铸锭进行锻造，起锻温度为1050℃，终锻温度为880℃，锻压比为5，锻后空冷；
(3)将步骤(2)空冷后所得锻件加热到850℃保温2h后淬火；
(4)将步骤(3)淬火后的锻件加热到450℃后进行轧制处理，轧制后的冷却方式为空冷，轧制量为70％，每道次轧下量10％；
(5)将步骤(4)轧制并冷却后的钢板加热到820℃后保温0.5h，然后淬火，之后在200℃回火2h。
按照上述方法制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为1820MPa，抗拉强度为2050MPa，总延伸率为20％。
实施例2
一种资源节约型超高强度、高塑韧性马氏体钢，以质量百分比计，该超强马氏体钢的化学成分为：C：0.65％，Cr：1.0％，Mn：0.5％，Si：1.5％，Nb：0.05％，V：0.08％，Ti：0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.03％，S：0.03％，H：10ppm，O：30ppm。
其制备方法包括：
(1)按照设计的超高强度、高塑韧性马氏体钢的化学成分的比例取原料钢、铬铁、硅铁、锰铁、生铁、钛铁、铌铁和钒铁；将原料进行熔炼处理，得到符合要求的铸锭，所得铸锭的化学成分符合以下要求C：0.65％，Cr：1.0％，Mn：0.5％，Si：1.5％，Nb：0.05％，V：0.08％，Ti：0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.03％，S：0.03％，H：10ppm，O：30ppm。
(2)对步骤(1)所得铸锭进行锻造，起锻温度为1200℃，终锻温度为920℃，锻压比为8，锻后空冷；
(3)将步骤(2)空冷后所得锻件加热到920℃保温2h后淬火；
(4)将步骤(3)淬火后的锻件加热到620℃后进行轧制处理，轧制后的冷却方式为空冷，轧制量为80％，每道次轧下量5％；
(5)将步骤(4)轧制并冷却后的钢板加热到920℃后保温2h，然后淬火，之后在300℃回火2h。
按照上述方法制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为2250MPa，抗拉强度为2550MPa，总延伸率为11％。
实施例3
一种资源节约型超高强度、高塑韧性马氏体钢，以质量百分比计，该超强马氏体钢的化学成分为：C：0.50％，Cr：0.8％，Mn：1.5％，Si：2.0％，Nb：0，V：0.07％，Ti：0，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.02％，S：0.02％，H：8ppm，O：25ppm。
其制备方法包括：
(1)按照设计的超高强度、高塑韧性马氏体钢的化学成分的比例取原料钢、铬铁、硅铁、锰铁、生铁、钛铁、铌铁和钒铁；将原料进行熔炼处理，得到符合要求的铸锭，所得铸锭的化学成分符合以下要求C：0.50％，Cr：0.8％，Mn：1.5％，Si：2.0％，Nb：0，V：0.07％，Ti：0，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.02％，S：0.02％，H：8ppm，O：25ppm。
(2)对步骤(1)所得铸锭进行锻造，起锻温度为1150℃，终锻温度为900℃，锻压比为6，锻后空冷；
(3)将步骤(2)空冷后所得锻件加热到900℃保温3h后淬火；
(4)将步骤(3)淬火后的锻件加热到500℃后进行轧制处理，轧制后的冷却方式为空冷，轧制量为85％，每道次轧下量8％；
(5)将步骤(4)轧制并冷却后的钢板加热到820℃后保温1h，然后淬火，之后在250℃回火3h。
按照上述方法制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为2010MPa，抗拉强度为2150MPa，总延伸率为14％。
图1为本实施例所制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的透射电子显微镜明场像照片(a)和高分辨透射电子显微镜照片(b)，图1(a)中白色箭头所指的是棒状ε碳化物，黑色箭头所指的是粒状ε碳化物；图1(b)中虚线圆形框和方形框所选区域为基体中的粒状ε相，圆形框和方形框分别代表两种位向关系。
图2为本实施例所制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的工程应力应变曲线，从图中可以看出本发明所制备的马氏体钢具有优异的力学性能。
图3为本实施例所制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢拉伸试样断口的扫描电子显微镜照片，(a)为微观照片，(b)为宏观照片，可以看出断口为韧窝且有较大的剪切唇和较高的断面收缩率，表明本发明马氏体钢具有良好的塑韧性。
实施例4
一种资源节约型超高强度、高塑韧性马氏体钢，以质量百分比计，该超强马氏体钢的化学成分为：C：0.55％，Cr：0.7％，Mn：1.5％，Si：1.8％，Nb：0.05％，V：0，Ti：0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.02％，S：0.03％，H：7ppm，O：28ppm。
其制备方法包括：
(1)按照设计的超高强度、高塑韧性马氏体钢的化学成分的比例取原料钢、铬铁、硅铁、锰铁、生铁、钛铁、铌铁和钒铁；将原料进行熔炼处理，得到符合要求的铸锭，所得铸锭的化学成分符合以下要求C：0.55％，Cr：0.7％，Mn：1.5％，Si：1.8％，Nb：0.05％，V：0，Ti：0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P：0.02％，S：0.03％，H：7ppm，O：28ppm。
(2)对步骤(1)所得铸锭进行锻造，起锻温度为1150℃，终锻温度为910℃，锻压比为7，锻后空冷；
(3)将步骤(2)空冷后所得锻件加热到880℃保温2h后淬火；
(4)将步骤(3)淬火后的锻件加热到580℃后进行轧制处理，轧制后的冷却方式为空冷，轧制量为80％，每道次轧下量10％；
(5)将步骤(4)轧制并冷却后的钢板加热到830℃后保温1h，然后淬火，之后在220℃回火2h。
按照上述方法制备的超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为2080MPa，抗拉强度为2160MPa，总延伸率为15％。
以上所述仅是本发明的具体实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种超高强度、高塑韧性马氏体钢，其特征在于以质量百分比计，其化学成分包括：C：0.40%~0.65%，Cr：0.5%~1.0%，Mn：0.5%~2.5%，Si：1.5%~2.5%， Nb、V和Ti三种元素的任一组合的总含量不高于0.2%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P≤0.03%，S≤0.03%，H≤10 ppm，O≤30 ppm；所述Nb、V和Ti三种元素的任一组合至少包括Nb、V和Ti中的一种；
所述马氏体钢的组织特征为：马氏体基体和少量残余奥氏体，棒状ε碳化物和高密度粒状ε碳化物均匀分布在马氏体基体上；棒状ε碳化物的直径为10 nm~20 nm，长度为200 nm；高密度粒状ε碳化物的直径为0.5 nm~3 nm；
所述的超高强度、高塑韧性马氏体钢的屈服强度为1800 MPa~2250 MPa，抗拉强度为2000 MPa~2550 MPa，总延伸率为10%~20%；
所述超高强度、高塑韧性马氏体钢是按照以下方法制备的：
（1）将原料钢、铬铁、硅铁、锰铁、生铁、钛铁、铌铁和钒铁进行熔炼处理，得到符合成分要求的铸锭；以质量百分比计，所得到的符合成分要求的铸锭的化学成分包括：C：0.40%~0.65%，Cr：0.5%~1.0%，Mn：0.5%~2.5%，Si：1.5%~2.5%， Nb、V和Ti三种元素的任一组合的总含量不高于0.2%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素中P≤0.03%，S≤0.03%，H≤10ppm，O≤30 ppm； Nb、V和Ti三种元素的任一组合至少包括Nb、V和Ti中的一种；
（2）对步骤（1）所得铸锭进行锻造，起锻温度为1050 ℃~1200 ℃，终锻温度为880 ℃~920 ℃，锻后空冷；锻压比为5-8；
（3）将步骤（2）空冷后所得锻件加热到850 ℃~920 ℃保温2 h~4 h，然后淬火；
（4）将步骤（3）淬火后的锻件加热到450 ℃~620 ℃后进行轧制处理，轧制后的冷却方式为空冷；
（5）将步骤（4）轧制并冷却后的钢板加热到820 ℃~920 ℃保温0.2 h~2 h，然后淬火，之后再进行回火处理，即得超高强度、高塑韧性马氏体钢。
2.如权利要求1所述的超高强度、高塑韧性马氏体钢，其特征在于步骤（4）中轧制量为70%~90%，每道次轧下量为5%~10%。
3.如权利要求1所述的超高强度、高塑韧性马氏体钢，其特征在于步骤（5）中回火处理的温度为200 ℃~300 ℃，时间为2 h~4 h。
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