一種稀土強化含銅析出強化鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土強化含銅析出強化鋼及其制備方法，所述鋼的化學成分按重量百分比計為：C0.01～0.045，Si0.05～0.15，Mn0.2～1.2，Cu0.8～1.65，Al0.015～0.02，Ni0.05～0.15，RE0.005～0.08，P≤0.004，S≤0.0025，F(xiàn)e余量。制備方法包括冶煉和鑄造、加入稀土元素及澆鑄步驟，在冶煉和鑄造步驟中，加入稀土元素前，鋼液的全氧含量≤150ppm，稀土元素加入后到澆鑄時的間隔時間≤30秒。本發(fā)明利用Cu的時效析出，達到強化低合金鋼的作用。稀土元素的加入不但能夠顯著改善鋼的機械性能和焊接熱影響區(qū)韌性。
【專利說明】一種稀土強化含銅析出強化鋼及其制備方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種稀土強化含銅析出強化鋼及其制備方法，屬于冶金【技術領域】。
【背景技術】
[0003]隨著現(xiàn)代冶金工業(yè)技術的發(fā)展，銅在鋼中的析出強化作用越來越引起廣泛的關注。 [0004]由于Cu析出相本身的高塑性及強化作用，因而其在復雜應力應變條件下與周圍環(huán)境有很好的塑性協(xié)調(diào)性，同時在Cu析出相附近不易生成導致材料失效的高應力集中區(qū)或裂紋，從而有利于提高鋼材使用壽命。
[0005]利用銅的時效沉淀硬化作用，含銅鋼在得到高強度的同時，可大大降低鋼中碳含量，從而明顯改善鋼的塑韌性和焊接性。
[0006]因此，利用Cu的沉淀析出對鐵素體產(chǎn)生的強化作用來提高鋼的強度是很有必要的。
[0007]研究表明，在Cu時效析出過程中，鋼中的S1、Al、Ni和Mn等合金元素也有向a -Fe/Cu界面偏析的趨勢，隨著合金元素偏析和Cu析出的進行，鋼的綜合性能也不斷提聞。
[0008]在冶煉過程中加入稀土元素，能夠凈化鋼液，細化鋼的凝固組織，改善夾雜物的形態(tài)和分布，且能凈化晶界，從而可以有效改善鋼的機械性能，尤其是在提高合金的韌性和改善焊接熱影響區(qū)的韌性方面有明顯效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明需要解決的技術問題就在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種稀土強化含銅析出強化鋼及其制備方法，它通過Cu析出物強化合金基體，并加入稀土元素改善鋼的機械性能和焊接熱影響區(qū)韌性。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
本發(fā)明提供了一種稀土強化含銅析出強化鋼，所述鋼的化學成分按重量百分比計為:C 0.01 ~0.045，Si 0.05 ~0.15，Mn 0.2 ~1.2，Cu 0.8 ~1.65，Al 0.015 ~0.02，Ni
0.05 ~0.15，RE 0.005 ~0.08，P ≤ 0.004，S ≤ 0.0025，F(xiàn)e 余量。
[0011]本發(fā)明同時提供了一種所述的稀土強化含銅析出強化鋼的制備方法，包括冶煉和鑄造、加入稀土元素及澆鑄步驟，在冶煉和鑄造步驟中，加入稀土元素前，鋼液的全氧含量(150ppm，稀土元素加入后到澆鑄時的間隔時間< 30秒。
[0012]所加稀土為稀土 La或Ce金屬絲鐵皮包芯線，以及稀土 La和Ce混合金屬絲鐵皮包芯線，La和Ce混合金屬絲鐵皮包芯線中La質(zhì)量分數(shù)為35%，Ce質(zhì)量分數(shù)為65%。
[0013]本發(fā)明還包括固溶、時效析出和淬火熱處理，其步驟為:固溶熱處理為將合金加熱至840~920°C，保溫0.5~5小時；隨后將合金空冷至550~650°C保溫0.5~3小時，實現(xiàn)時效析出熱處理；最后將合金進行水淬。
[0014]本發(fā)明利用Cu的時效析出，并結(jié)合S1、Al、Ni和Mn等合金元素向a-Fe/Cu界面偏析，共同達到強化低合金鋼的作用。稀土元素的加入不但能夠顯著改善鋼的機械性能和焊接熱影響區(qū)韌性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1所述工藝制備合金的透射電鏡圖片。
具體實施例
[0016]按照設計成分進行冶煉，澆鑄成鑄坯。
[0017]采用真空感應爐進行冶煉；在加入稀土元素前控制鋼液的全氧含量≤ 150ppm，出鋼澆鑄前加入稀土元素，稀土元素加入到澆鑄之間時間間隔≤ 30秒。所加稀土為稀土 Ce金屬絲鐵皮包芯線。
[0018]澆鑄溫度為1500~1650°C ；
鑄坯成分為:C 0.02，Si 0. 06，Mn 0.2，Cu 1.5，Al 0.018，Ni 0.09，Ce 0.036，P
0.008，S 0.0005, Fe 余量。鑄坯尺寸為 200X80X30_ (長 X 寬 X 高)。
[0019]將鑄坯加熱至1000°C保溫15分鐘，開軋溫度為980°C，經(jīng)4道次軋制將軋件軋至8mm厚，終軋溫度820°C，軋件空冷至750°C后水冷。之后用線切割機將軋件切割為15mmX IOmmX6mm試樣。將切割好的試樣進行固溶和時效處理:固溶熱處理為將合金加熱至880°C，保溫1.2小時；隨后將合金空冷至630°C保溫2小時，實現(xiàn)富銅顆粒的時效析出；最后將試樣進行水淬。
[0020]對制備好的試樣進行研磨拋光后，測試其表面硬度平均值為213HV。從熱處理后的樣品上線切割出0.2mm厚的薄片，經(jīng)機械磨光到0.08mm,沖成直徑為3mm的圓片，用90%乙醇+10%高氯酸溶液電解雙噴減薄至穿孔，在JEOL JEM-2010型透射電子顯微鏡下進行觀察，得到試樣的透射電鏡圖片如附圖1所示。圖中顏色較深的顆粒為時效析出的富銅粒子，這些顆粒彌散分布于淺色疇區(qū)，形狀大多呈等軸狀，直徑大約為5-20nm。
[0021]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土強化含銅析出強化鋼，其特征在于，所述鋼的化學成分按重量百分比計為:C 0.01 ~0.045，Si 0.05 ~0.15，Mn 0.2 ~1.2，Cu 0.8 ~1.65，Al 0.015 ~0.02，Ni 0.05 ~0.15，RE 0.005 ~0.08，P ≤ 0.004，S ≤ 0.0025，F(xiàn)e 余量。
2.權(quán)利要求1所述的稀土強化含銅析出強化鋼的制備方法，其特征在于:包括冶煉和鑄造、加入稀土元素及澆鑄步驟，在冶煉和鑄造步驟中，加入稀土元素前，鋼液的全氧含量(150ppm，稀土元素加入后到澆鑄時的間隔時間< 30秒。
3.如權(quán)利要求2所述的稀土強化含銅析出強化鋼的制備方法，其特征在于:所加稀土為稀土 La或Ce金屬絲鐵皮包芯線，以及稀土 La和Ce混合金屬絲鐵皮包芯線，La和Ce混合金屬絲鐵皮包芯線中La質(zhì)量分數(shù)為35%，Ce質(zhì)量分數(shù)為65%。
4.如權(quán)利要求3所述的稀土強化含銅析出強化鋼的制備方法，其特征在于，包括固溶、時效析出和淬火熱處理，其步驟為:固溶熱處理為將合金加熱至840~920°C，保溫0.5~5小時；隨后將合金空冷至550~650°C保溫0.5~3小時，實現(xiàn)時效析出熱處理；最后將合金進行水淬。
【文檔編號】C22C33/04GK103757543SQ201410038855
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】王海燕, 高雪云, 安治國, 任慧平, 金自力 申請人:內(nèi)蒙古科技大學