專利名稱：一種改進(jìn)的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬氏體鑄鋼的制備方法，屬于鋼制造領(lǐng)域，尤其涉及一種同時具有高強(qiáng)度和高塑韌性、并且表面硬度高的改進(jìn)的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法。
背景技術(shù)：
在耐磨材料生產(chǎn)中，中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼占有相當(dāng)大的比重。中低碳馬氏體鋼通常用于高強(qiáng)度的調(diào)質(zhì)鋼，具有很高的強(qiáng)度和韌性，淬透性較高，冷變形塑性中等，切削加工性能良好。由于它不含貴金屬元素，價格便宜，多用于制造高負(fù)荷、高速的各種重要零件，如齒輪、軸、離合器、鏈輪、砂輪軸、軸套、螺栓、螺母等，也用于制造耐磨、工作溫度不高的零件，變載荷的焊接構(gòu)件，如高壓鼓風(fēng)機(jī)的葉片、閥板以及非腐蝕性管道管子，還應(yīng)用于航空飛機(jī)軸、梁和起落架等以及航天火箭、原子能工業(yè)等關(guān)鍵承力構(gòu)件，是最早商品化的一類低合金超高強(qiáng)度鋼。眾所周知，馬氏體有兩種亞結(jié)構(gòu)，一種孿晶馬氏體，其硬度高脆性大；一種為位錯馬氏體，其硬度高韌性好。國內(nèi)馬氏體耐磨鋼不含Ni，且鑄鋼成分不均勻，故孿晶馬氏體含量比例較高，韌性初步不足。另外，中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼有回火脆性傾向，傳統(tǒng)熱處理工藝一般為淬火后再進(jìn)行回火處理。但是傳統(tǒng)的熱處理工藝不能兼顧高強(qiáng)度與良好塑韌性的要求若降低回火溫度保持其抗拉強(qiáng)度1500-1600MPa左右，則塑性較低(延伸率僅3% -6%左右)、裂紋敏感性很高易發(fā)生低應(yīng)力脆斷；若提高回火溫度可改善塑性(延伸率
`>10%)，但強(qiáng)度大幅下降至1000-1100MPa。為此，需要開發(fā)簡便易行的不完全淬火-等溫配分熱處理新工藝，在保證適當(dāng)塑性的前提下大幅提高鋼的拉伸強(qiáng)度，或者在保證高強(qiáng)度的同時顯著改善塑性和韌性，從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高塑韌性的不同配合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供了一種改進(jìn)的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種改進(jìn)的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
I)根據(jù)以下組分配置原料(wt%)
C 0. 26 0. 4S1:0. 95 1. 3Mn :0. 70 1. 20Cr :0. 70 1. 10雜質(zhì)〈0. 05余量為Fe ；
在中頻無芯感應(yīng)爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達(dá)到158(Tl600°C加入硅鐵、錳鐵，硅鐵、錳鐵料塊大小為5(T60mm，然后進(jìn)行熔煉合金化；2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件；
3)將粒徑為I一 3mm的砂石與水，按照1. 5-2. 5體積份砂石與I體積份水的比例進(jìn)行混合，得到濕砂，然后將步驟2)得到的鑄件埋入濕砂中進(jìn)行冷卻，控制冷卻時間為5小時；
4)然后用噴嘴將氮?dú)馀c細(xì)砂的混合物吹向步驟3)得到的鋼件表面，其中細(xì)砂的粒徑為
0.5 1. 5mm，氮?dú)馀c細(xì)砂的體積比為(10 20) :1，吹出噴嘴的射流壓カ為50 IOOMPa ；
5)將制得的鑄件鋼在830°C 860°C的溫度下保溫550 600s完成全部奧氏體化處
理；
6)經(jīng)過步驟5)后，再在180 230°C溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s 240s ；
7)將經(jīng)過步驟6)處理的鋼件，在340°C 430°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s 300s，然后再淬火至室溫，得到最終的鋼件。本發(fā)明通過大量試驗(yàn)，先通過適當(dāng)?shù)慕M分及配比制得中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼鑄件，然后在熱處理工藝中，將制得的鑄件鋼加熱至830°C 860°C，即高于Ac3以上40°C 70°C的溫度下保溫550 600s，以完成全部奧氏體化處理，其中Ac3為亞共析鋼加熱時，所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度；然后在180 230°C，即低于鑄鋼的上馬氏體點(diǎn)Ms以下120-70°C的溫度下進(jìn)行等溫 淬火或者不完全淬火，保溫120s 240s，得到部分馬氏體和未轉(zhuǎn)變奧氏體，然后在340°C 430°C的溫度區(qū)間內(nèi)保溫，使碳從先形成馬氏體向未轉(zhuǎn)變奧氏體中擴(kuò)散并使之穩(wěn)定化，最后淬火到室溫，得到由馬氏體和富碳奧氏體組成的復(fù)相組織。相對于傳統(tǒng)淬火回火エ藝，本發(fā)明的熱處理工藝能使馬氏體鋼在保持強(qiáng)度水平的前提下明顯改善塑韌性。鍛造后的冷卻尤為重要，本發(fā)明中采用濕砂冷卻的方法進(jìn)行，將粒徑為3mm的砂石與水按照2體積份砂石與I體積份水進(jìn)行混合，得到濕砂，然后將鍛造后的中間制品埋入其中進(jìn)行冷卻。此外，采用氣砂除鱗，可以使得鑄件過程中的鱗狀物質(zhì)有效去除，而且，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，試樣在細(xì)砂的粒徑為0. 5 1. 5mm，氮?dú)馀c細(xì)砂的體積比為(10 20):1，吹出噴嘴的射流壓カ為50 IOOMPa的條件下，不易損傷鋼件表面，而且不會再次產(chǎn)生氧化。本發(fā)明的有益效果在干，經(jīng)本發(fā)明的方法制得的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的拉伸強(qiáng)度達(dá)1600MPa以上，同時塑性為10%以上。在保證該系列鋼種保持高強(qiáng)度的同時兼具一定的塑性，且綜合力學(xué)性能比傳統(tǒng)淬火回火熱處理工藝顯著提高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1
I)根據(jù)以下組分配置原料(wt%)
C 0. 26 Si 0. 95 Mn 0. 70 Cr 0. 70 雜質(zhì)<0. 05 余量為Fe ；
在中頻無芯感應(yīng)爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達(dá)到1580°C加入娃鐵、猛鐵，娃鐵、猛鐵料塊大小為60mm,然后進(jìn)行溶煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件；
3)將粒徑為Imm的砂石與水，按照1.5體積份砂石與I體積份水的比例進(jìn)行混合，得到濕砂，然后將步驟2)得到的鑄件埋入濕砂中進(jìn)行冷卻，控制冷卻時間為5小時；
4)然后用噴嘴將氮?dú)馀c細(xì)砂的混合物吹向步驟3)得到的鋼件表面，其中細(xì)砂的粒徑為
0.5mm，氮?dú)馀c細(xì)砂的體積比為10 :1，吹出噴嘴的射流壓力為50MPa ；
5)將制得的鑄件鋼在830°C的溫度下保溫550s完成全部奧氏體化處理；
6)經(jīng)過步驟5)后，再在180°C溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s；
7)將經(jīng)過步驟6)處理的鋼件，在340°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s，然后再淬火至室溫。經(jīng)過上述步驟，得到的鋼件為由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復(fù)相組織，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為1640MPa，并且塑性達(dá)到11.9%。實(shí)施例2
1)根據(jù)以下組分配置原料(wt%)
C 0. 28
Si 1.1 Mn 0. 90 Cr 0. 95 雜質(zhì)〈0. 05 余量為Fe ；
在中頻無芯感應(yīng)爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達(dá)到1590°C加入娃鐵、猛鐵，娃鐵、猛鐵料塊大小為50mm,然后進(jìn)行溶煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件；
3)將粒徑為2mm的砂石與水，按照2體積份砂石與I體積份水的比例進(jìn)行混合，得到濕砂，然后將步驟2)得到的鑄件埋入濕砂中進(jìn)行冷卻，控制冷卻時間為5小時；
4)然后用噴嘴將氮?dú)馀c細(xì)砂的混合物吹向步驟3)得到的鋼件表面，其中細(xì)砂的粒徑為1mm，氮?dú)馀c細(xì)砂的體積比為15 :1，吹出噴嘴的射流壓力為80MPa ；
5)將制得的鑄件鋼在840°C的溫度下保溫580s完成全部奧氏體化處理；
6)經(jīng)過步驟5)后，再在210°C溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫180s；
7)將經(jīng)過步驟6)處理的鋼件，在390°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫230s，然后再淬火至室溫。經(jīng)過上述步驟，得到的鋼件為由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復(fù)相組織，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為1730MPa，并且塑性達(dá)到13. 1%。實(shí)施例3
I)根據(jù)以下組分配置原料(wt%)
C 0. 4 Si 1. 3 Mn 1. 20 Cr 1. 10 雜質(zhì)〈0. 05 余量為Fe ；在中頻無芯感應(yīng)爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達(dá)到1600°C加入娃鐵、猛鐵，娃鐵、猛鐵料塊大小為60mm,然后進(jìn)行溶煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件；
3)將粒徑為3mm的砂石與水，按照2.5體積份砂石與I體積份水的比例進(jìn)行混合，得到濕砂，然后將步驟2)得到的鑄件埋入濕砂中進(jìn)行冷卻，控制冷卻時間為5小時；
4)然后用噴嘴將氮?dú)馀c細(xì)砂的混合物吹向步驟3)得到的鋼件表面，其中細(xì)砂的粒徑為1. 5mm，氮?dú)馀c細(xì)砂的體積比為20 :1，吹出噴嘴的射流壓カ為IOOMPa ；
5)將制得的鑄件鋼在860°C的溫度下保溫600s完成全部奧氏體化處理；
6)經(jīng)過步驟5)后，再在230°C溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫240s；
7)將經(jīng)過步驟6)處理的鋼件，在440°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s 300s，然后再淬火至室溫。 經(jīng)過上述步驟，得到的鋼件為由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復(fù)相組織，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為1710MPa， 并且塑性達(dá)到12. 7%。
權(quán)利要求
1. 一種改進(jìn)的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)根據(jù)以下組分配置原料(Wt%):C 0. 26 0. 4S1:0. 95 1. 3Mn :0. 70 1. 20Cr :0. 70 1. 10雜質(zhì)<0. 05余量為Fe ； 在中頻無芯感應(yīng)爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達(dá)到158(Tl600°C加入硅鐵、錳鐵，硅鐵、錳鐵料塊大小為5(T60mm，然后進(jìn)行熔煉合金化； 2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件； 3)將粒徑為I一 3mm的砂石與水，按照1. 5-2. 5體積份砂石與I體積份水的比例進(jìn)行混合，得到濕砂，然后將步驟2)得到的鑄件埋入濕砂中進(jìn)行冷卻，控制冷卻時間為5小時； 4)然后用噴嘴將氮?dú)馀c細(xì)砂的混合物吹向步驟3)得到的鋼件表面，其中細(xì)砂的粒徑為0. 5 1. 5mm，氮?dú)馀c細(xì)砂的體積比為(10 20) :1，吹出噴嘴的射流壓カ為50 IOOMPa ； 5)將制得的鑄件鋼在830°C 860°C的溫度下保溫550 600s完成全部奧氏體化處理； 6)經(jīng)過步驟5)后，再在180 230°C溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s 240s ； 7)將經(jīng)過步驟6)處理的鋼件，在340°C 430°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s 300s，然后再淬火至室溫，得到最終的鋼件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，包括如下組分(wt%)C0.26～0.4、Si0.95～1.3、Mn0.70～1.20、Cr0.70～1.10、雜質(zhì)<0.05、余量為Fe；然后通過熔煉——鑄件——濕砂冷卻——噴氣砂打磨表面——830℃～860℃的溫度下保溫550～600s——在180～230℃溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s～240s——在340℃～430℃的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s～300s——淬火至室溫的步驟制備而成；經(jīng)本發(fā)明的方法處理后的鋼件保持高強(qiáng)度的同時兼具一定的塑性，且綜合力學(xué)性能比傳統(tǒng)工藝顯著提高。
文檔編號C21D6/00GK103060694SQ20131004061
公開日2013年4月24日 申請日期2013年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月3日
發(fā)明者劉芝英 申請人:劉芝英