本發(fā)明屬于鋼鐵冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，一種中碳低合金馬氏體鋼及其冶煉方法。
背景技術(shù)：
中碳低合金鋼是指經(jīng)淬火低溫回火處理獲得中碳馬氏體組織后，加入少量合金強(qiáng)化的馬氏體鋼，也被稱為中碳低合金馬氏體鋼。工程上常用的中碳鋼一般是指含碳量在0.25一0.40%之間的鋼。由于中碳低合金馬氏體鋼比一般的中碳鋼具有硬度低塑性好，便于采用冷塑變形成型工藝,且具有良好的焊接性和較小的熱處理脫碳傾向等特點,來源方便,價格低廉等優(yōu)點，使得該類鋼在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用有著廣泛的應(yīng)用。
中國專利200980114645.5，發(fā)明名稱為低碳馬氏體系含Cr鋼，本發(fā)明公開一種低碳馬氏體系含Cr鋼的配方，本發(fā)明中各種元素質(zhì)量百分比為C ：0.02 ～ 0.10％、N ：0.02 ～ 0.10％、且C+N ：0.08 ～0.16％、Si ：0.5％以下、Al ：0.1％以下、Mn ：0.3 ～3.0％、Cr ：10.5 ～ 13.5％、Nb ：0.05 ～ 0.60％、V ：0.15 ～ 0.80％、且Nb+V ：0.25 ～ 0.95％、Ni ：0.02 ～ 2.0％、Cu ：1.5％以下，F(xiàn)p 值( ＝ -230C+5Si-5Mn-6Cu+10Cr-12Ni+32Nb+22V+12Mo+8W+10Ta+
40Al-220N) 為80.0 ～ 96.0。該發(fā)明提出的低碳馬氏體系含Cr鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性和較好的淬火硬度。其不足是由于加入了Cr等重金屬元素對環(huán)境有著較大的污染。
中國專利201310040601.0，發(fā)明名稱為一種中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，該發(fā)明公開了一種汽車用防銹鋁合金的配方，其各元素按質(zhì)量百分比組成為：C ：0.26 ～ 0.4%、Si ：0.95 ～ 1.3%、Mn ：0.70 ～ 1.20%、Cr ：0.70 ～1.10%、雜質(zhì)：<0.05%、余量為Fe ；然后通過熔煉——鑄件——清砂打磨——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。其缺點是制備過程過于復(fù)雜，原料成本高且來源不易。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是給出一種具有良好低溫韌性，耐腐蝕性好，同時具有良好的工藝加工性能的中碳低合金馬氏體鋼。為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
本發(fā)明采用分別采用固溶強(qiáng)化，細(xì)化強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的方法來增強(qiáng)中碳低合金馬氏體鋼的低溫韌性和耐腐蝕性。主要利用錳、硅、銅、磷等元素溶入鐵素體來提高強(qiáng)度。磷的強(qiáng)化作用最大，由于低碳鋼的塑性儲備大，加入一定量磷不致過多降低韌性和塑性，因此在本發(fā)明中磷作為強(qiáng)化元素含量一般不超過 0.1% 。同樣錳和硅為常用的固溶強(qiáng)化元素，一般錳含量不宜超過2% ，硅含量不宜超過0.8% ，否則對塑性、韌性、冷彎性能和焊接性不利。例如，錳和硅每增加屈服強(qiáng)度 10MPa ，使伸長率分別下降 0.6% 和 0.65% 。銅作為鋼中的殘余元素加以利用，一般含O. 25% 至0. 5% 。微量銅可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。少量的鉻和鎳有助于提高鋼的強(qiáng)度，一般要求鉻不超過 0.8% ，鎳不超過0.7% 。
對 C-Mn 鋼和 C-Mn-Nb 鋼晶粒愈細(xì)小，鋼的屈服強(qiáng)度呈線性上升。細(xì)化晶粒的途徑有多種，其中重要的是用鋁脫氧和合金化。用鋁脫氧生成的細(xì)小彌散的 AIN 質(zhì)點，用鈦、鈮、釩的微合金化生成彌散的氮化物、碳化物和碳氮化物，這些彌散相都能釘扎晶界，阻礙奧氏體晶粒長大，轉(zhuǎn)變后細(xì)化鐵素體晶粒和珠光體領(lǐng)域。 鈦、鈮、釩和鋁對鋼中加熱時奧氏體晶粒長大傾向的有著很大的影響。這些彌散相對晶界有足夠的釘扎力以阻止奧氏體晶粒長大。鈦的作用最強(qiáng)，鈮次之，鋁又次之，而釩較弱。
應(yīng)用鈦、鈮、釩的微合金化，使過冷奧氏體發(fā)生相間沉淀和鐵素體中析出彌散的碳化物和碳氮化物，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。各種微合金碳化物、氮化物在奧氏體中沉淀條件各有不同。其中氮化物最穩(wěn)定，一般在奧氏體中沉淀，對奧氏體高溫形變、再結(jié)晶和晶粒長大起抑制作用。碳化物和碳氮化物穩(wěn)定性稍差，一般在奧氏體轉(zhuǎn)變中產(chǎn)生相間沉淀和從過飽和鐵素體中析出， 從而產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。微合金鋼中主要的沉淀強(qiáng)化相是 VC 、NbC 和 TiC ，其粒子尺寸在2-10nm范圍具有最大的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。鋼中每加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.01% 鈮和鈦，使屈服強(qiáng)度強(qiáng)度增高 30-50MPa ;每增加 O.10% 釩，使屈服強(qiáng)度增高150-200MPa.
當(dāng)鋼中含有一定量碳和氮時，鋼中微量鈦主要以 TiN 出現(xiàn)，細(xì)化奧氏體晶粒。鋼中微量 鈮既可以在高溫形變時析出 NbN 和鈮的晶界偏聚細(xì)化奧氏體晶粒，又可以在隨后發(fā)生相間沉 淀和從過飽和鐵素體析出 Nb(?,N)產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。釩主要是在相變時發(fā)生相間沉淀和從過飽 和鐵素體中析出 VC ，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。
根據(jù)以上的分析，本發(fā)明中的所述一種中碳低合金馬氏體鋼及其質(zhì)量百分比為：碳C 。
0.25 ～ 0.40%，硅Si ：0.20 ～ 0.40%，銅Cu：0.15～0.20%，鎂Mg: 0.45～ 0.55%，錳Mn ：0.20 ～0.60%，鉻Cr: 0.60 ～ 0.80%，鎳Ni ：0.40 ～ 0.80%，鈦Ti: 0.04～ 0.06%，磷P ≤ 0.025，硫S ≤ 0.025，硅 Si：0.33～ 0.53%，允許含有0.06%以下的雜質(zhì)。
采用所述的一種中碳低合金馬氏體鋼冶煉方法，包括如下步驟。
步驟1：采用轉(zhuǎn)爐對鋼水進(jìn)行氧氣煉鋼，使得鋼中的碳氮等元素含量降低，提高鋼水的純凈度。
步驟 2：將鋼水放入精煉爐中進(jìn)行精煉，根據(jù)所述一種中碳低合金馬氏體鋼及其質(zhì)量百分比，在精煉爐對鋼水的成分進(jìn)行調(diào)整，加入鋁脫氧并固定氮，形成ALN，產(chǎn)生細(xì)化鋼的晶粒，并進(jìn)一步去除鋼水中的雜質(zhì)。
步驟3：精煉結(jié)束后，將鋼水放入連鑄機(jī)中進(jìn)行冷卻凝固成鋼坯，通過提高連鑄機(jī)拉速，采用較弱的冷卻強(qiáng)度和在加工運(yùn)輸途中采用一定的保溫措施，控制鋼坯溫度的入爐溫度大于800，整個過程需要大約30分鐘。
步驟 4：加熱鋼坯至1000-1200度，開軋溫度設(shè)定為850-950，終軋溫度設(shè)定為800-850.保證鈮和鈦的碳氮化物部分溶解于奧氏體中。
具體實施方式
實施例1。
碳C ：0.30%，硅Si ：0.30%，銅Cu：0.15%，鎂Mg: 0.45%，錳Mn ：0.230%，鉻Cr: 0.80%，鎳Ni ：0.55 %，鈦Ti: 0.04%，磷P：0.02%，硫S ：0.025%，硅 Si：0.40%。
步驟1：采用轉(zhuǎn)爐對鋼水進(jìn)行氧氣煉鋼，使得鋼中的碳元素含量低于0.4%,氮元素含量低于0.2%，并提高鋼水的純凈度。
步驟 2：將鋼水放入精煉爐中進(jìn)行精煉，根據(jù)所述一種中碳低合金馬氏體鋼及其質(zhì)量百分比，在精煉爐對鋼水的成分進(jìn)行調(diào)整，加入鋁脫氧并固定氮，形成ALN，產(chǎn)生細(xì)化鋼的晶粒，并進(jìn)一步去除鋼水中的雜質(zhì)。
步驟3：精煉結(jié)束后，將鋼水放入連鑄機(jī)中進(jìn)行冷卻凝固成鋼坯，通過提高連鑄機(jī)拉速，采用較弱的冷卻強(qiáng)度和在加工運(yùn)輸途中采用一定的保溫措施，控制鋼坯溫度的入爐溫度為820℃，整個過程需要大約30分鐘。
步驟 4：加熱鋼坯至1120℃，開軋溫度設(shè)定為900℃，終軋溫度設(shè)定為830℃.保證鈮和鈦的碳氮化物部分溶解于奧氏體中。
實施例2。
碳C ：0.32%，硅Si ：0.35%，銅Cu：0.20%，鎂Mg: 0.45%，錳Mn ：0.250%，鉻Cr: 0.60%，鎳Ni ：0.55 %，鈦Ti: 0.06%，磷P：0.02%，硫S ：0.015%，硅 Si：0.40%。
步驟1：采用轉(zhuǎn)爐對鋼水進(jìn)行氧氣煉鋼，使得鋼中的碳元素含量低于0.3%,氮元素含量低于0.15%，并提高鋼水的純凈度。
步驟 2：將鋼水放入精煉爐中進(jìn)行精煉，根據(jù)所述一種中碳低合金馬氏體鋼及其質(zhì)量百分比，在精煉爐對鋼水的成分進(jìn)行調(diào)整，加入鋁脫氧并固定氮，形成ALN，產(chǎn)生細(xì)化鋼的晶粒，并進(jìn)一步去除鋼水中的雜質(zhì)。
步驟3：精煉結(jié)束后，將鋼水放入連鑄機(jī)中進(jìn)行冷卻凝固成鋼坯，通過提高連鑄機(jī)拉速，采用較弱的冷卻強(qiáng)度和在加工運(yùn)輸途中采用一定的保溫措施，控制鋼坯溫度的入爐溫度為800℃，整個過程需要大約30分鐘。
步驟 4：加熱鋼坯至1100℃，開軋溫度設(shè)定為920℃，終軋溫度設(shè)定為850℃.保證鈮和鈦的碳氮化物部分溶解于奧氏體中。