專利名稱：：空冷高淬透性貝氏體/馬氏體復(fù)相鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，屬于空冷貝氏體/馬氏體復(fù)相鋼。鋼中貝氏體/馬氏體復(fù)相組織是具有良好強韌性配合的組織。一般獲得良好的強韌性是采用調(diào)質(zhì)鋼(如42CrMo，35CrMoSi，40CrMnMo，40Cr，27SiMn等)，但這些鋼種的工藝復(fù)雜，需加熱到高溫進行水淬，然后再進行高溫回火后使用。專利號為No.86103008和No.86103009的中國專利克服了上述缺點，但這些鋼種中Cr，Si元素含量低，鋼的淬透性小，只能制造尺寸較小的零部件，它們的淬透直徑小于30mm。為克服上述缺點，如價格昂貴、工藝復(fù)雜、淬透性低等，因而提出了本發(fā)明鋼。本發(fā)明鋼具有良好的強韌性、切削性、耐磨性、深沖性和成型性。本發(fā)明鋼制造鑄鋼件具有良好的鑄造性能及較高的淬透性?？芍圃旄鞣N礦山用耐磨件，如沖擊板、刮板、襯板、耐磨鋼球及各種零件。用本發(fā)明制造鑄鋼件可顯著提高強度、減輕重量、節(jié)約材料、提高壽命，可代替價格昂貴的高錳鋼。本發(fā)明鋼種也可在鍛軋態(tài)使用，可制造各種彈簧、模具、磨球、刮板、襯板、齒條、截齒、支架、抽油桿、軸類另件，緊固件及各種高強度零件，以及鋼板、鋼管及各種型鋼及深沖用貝氏體型雙相鋼鋼板等。本發(fā)明鋼種淬透性高，可制造各種大尺寸的零部件。本鋼種在鋼材或零件熱加工(如鍛、軋、熱彎或氣割成型等工藝)后空冷硬化，免除了一般的再次加熱淬火或淬回火工序或其它熱處理。本鋼種在熱加工后的空冷過程中仍可進行各種熱成型工序，可將熱加工與貝氏體形成的兩個過程合二為一(如大型螺旋簧的制造過程等)。由于簡化了工藝，減少了加熱次數(shù)，所以減少了由于多次加熱而產(chǎn)生的各種缺陷。如變形、開裂、氧化、脫碳等，并節(jié)約能源，降低費用，提高了經(jīng)濟效益，減少了環(huán)境污染。本發(fā)明鋼以Mn，Si，Cr，B，Hf作為主要合金元素。不需要淬火，在空冷條件下可獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。為了獲得高的淬透性，鋼中加入的合金元素必須具有合適的比例，本發(fā)明鋼的重要特點是(Mn+Si)≥3%，這是保證得到高淬透性的關(guān)鍵。本發(fā)明鋼的成分(重量%)為1.C0.04～1.2Mn2.1～3.5Si0.1～6.0(Mn+Si)≥3.0Cr0.1～12B0.0005～0.005Hf0.0005～0.3余為Fe。在上述成分基礎(chǔ)上加入一種或一種以上下列元素W0.001～2.0Mo0.001～2.0Nb0.001～0.30V0.001～0.3S0.001～0.3Zr0.001～0.30Ca0.001～0.1Pb0.001～0.1Ta0.001～0.30Ti0.001～0.3稀土元素0.001～0.3本發(fā)明鋼的鑄造工藝為澆注溫度為1500～1650℃，澆注后空冷，按性能要求可直接使用或經(jīng)回火后使用。本發(fā)明鋼的鍛、軋或熱成型工藝為加熱溫度1050～1250℃，終鍛終軋溫度≤950℃，鍛軋或熱加工后空冷。2.按成分1所述的鋼，如果C0.1～0.46%(Mn+Si)≥3%則淬透直徑D≥60mm硬度為HRC25～50。3.按成分1所述的鋼，如果C0.47～0.75%(Mn+Si)≥3%則淬透直徑D≥60mm硬度為HRC50～60。本發(fā)明鋼的成分范圍可以按照不同的用途要求變化如下4.按成分1所述的鋼，在制造淬透直徑φ35～φ100mm的鑄鋼件，刮板、襯板、連桿、軸、軸油桿、緊固件及深沖用雙相鋼板等時，其成分可為(重量%)C0.04～0.30Mn2.1～2.7Cr0.1～3.55.按成分1所述的鋼，在制造淬透直徑≥φ100mm的鑄鋼件，刮板、襯板、連桿、軸、軸油桿、緊固件等時，其成分可為(重量%)C0.04～0.30Mn2.5～3.5Cr0.5～126.按成分1所述的鋼，在制造淬透直徑φ35～φ100mm的鑄鋼件、模具、彈簧、磨球、齒條、截齒、軸及工具等時，其成分可為(重量%)C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.1～3.57.按成分1所述的鋼，在制造淬透直徑≥φ100mm的鑄鋼件、模具、彈簧、磨球、齒條、截齒、軸及工具等時，其成分可為(重量%)C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.5～128.按成分1所述的鋼，在制造淬透直徑φ35～φ100mm的刀具、模具、滲炭齒輪等時，其成分可為(重量%)C0.61～1.2Mn2.1～2.7Cr0.1～3.59.按成分1所述的鋼，在制造淬透直徑≥φ100mm的刀具、模具、滲炭齒輪等時，其成分可為(重量%)C0.61～1.2Mn2.5～3.5Cr0.5～12本發(fā)明鋼中主要元素的作用如下鋼中碳量的范圍為0.04%～1.2%，碳量是保證強度、韌性、塑性配合的主要因素。合金元素Mn和B可使鋼的CCT曲線位置右移，并且高溫轉(zhuǎn)變區(qū)右移的程度大于中溫轉(zhuǎn)變區(qū)。加入本發(fā)明鋼中成分范圍的Mn和B在加熱后空冷條件下可形成貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。合金元素Cr，Si，Mo等加入鋼中可使鋼的淬透性提高。本發(fā)明鋼的重要特點是(Mn+Si)≥3.0%，其空冷淬透直徑D≥60mm。Mo還可防止回火后的脆性發(fā)生。V和Zr是碳化物形成元素，可使晶粒細化及產(chǎn)生第二相強化，使鋼的強度和韌性提高。Ca，S加入鋼中可改善切削性能，加入本發(fā)明鋼中成分范圍的Ca和S可使其在硬度高達HRC40時仍具有良好的切削加工性能。實施例表1No.CCrSiMnBMoVWSCaPbTiHf1.0.040.30.72.60.0020.0042.0.050.50.82.40.0030.0053.0.050.20.82.30.0010.0034.0.062.00.62.50.0020.0035.0.080.30.92.40.0030.0046.0.091.50.82.40.0020.0047.0.090.40.72.50.0020.0038.0.100.60.62.70.0010.0049.0.100.80.82.30.0020.00310.0.111.50.42.40.0030.00311.0.130.80.72.80.0020.00312.0.150.60.82.20.0010.00313.0.183.60.82.30.0030.00414.0.202.01.52.50.0020.080.090.00315.0.220.50.82.20.0030.00316.0.251.60.82.90.0010.070.090.00317.0.280.81.52.60.0020.200.00418.0.291.60.72.40.0020.00319.0.302.00.82.20.0030.00320.0.301.81.02.30.0020.30.00421.0.322.00.82.70.0030.080.00722.0.342.00.62.90.0010.070.090.00523.0.350.80.82.30.0030.100.00324.0.363.60.62.40.0020.00825.0.381.21.02.50.0020.060.00326.0.400.81.52.70.0030.20.00427.0.400.50.72.80.0010.00328.0.421.81.02.30.0020.10029.0.422.00.42.70.0020.00330.0.431.80.62.40.0030.00331.0.431.60.72.60.0020.00432.0.452.01.02.70.0030.00533.0.452.00.82.60.020.00334.0.462.00.72.50.0030.30.00635.0.463.60.62.40.0030.00836.0.490.61.52.60.0030.00337.0.501.30.92.20.0010.00438.0.540.80.62.70.0030.30.00339.0.552.00.42.80.0020.150.00540.0.481.60.62.40.0020.70.00341.0.471.80.62.60.0020.00442.0.492.00.82.30.0020.070.080.00343.0.501.20.92.50.0020.100.00444.0.520.61.52.30.0020.10.00545.0.571.30.92.20.0030.060.00346.0.483.60.82.30.0020.00547.0.491.51.02.40.0030.00448.0.471.80.42.80.0010.00349.0.522.00.92.60.0020.00850.0.492.51.02.90.0020.00651.0.483.60.82.30.0030.00352.0.550.30.92.60.0020.00753.0.590.40.72.30.0030.00554.0.600.50.62.70.0030.00355.0.611.50.62.40.0010.00456.0.620.30.42.80.0020.00357.0.630.90.72.40.0020.00558.0.700.70.72.40.0020.00359.0.721.20.82.30.0030.00460.0.750.81.02.40.0020.00761.0.760.60.72.60.0030.00562.0.900.70.72.50.0020.004例如用成分為表1中的鋼制造球磨機上使用的襯板，其澆注溫度為1550℃，澆注后空冷，然后在250℃回火，其硬度為HRC40。用表1中的鋼制造鐵路用螺旋簧。制造彈簧的圓鋼經(jīng)軋制而成，熱軋溫度為1200℃，軋后空冷。圓鋼經(jīng)熱卷成型，熱成型后空冷，然后在400℃回火，其性能為бaz≥120Kg/mm2бb≥130kg/mm2。本鋼種的斷裂韌性(Klc)，疲勞性能及耐磨性能如下列表中所示、注(1).60Si2Mn，成分為0.56～0.64%C，1.5～2.0%Si，0.6～0.9%Mn，870℃加熱淬火，480～500℃回火。(2)介質(zhì)為3%NaCl水溶液。疲勞性能表3(3)見注(1).磨損率W表4</tables>注(4)指淬火、回火后的45Mn2鋼。用表1成分的鋼制造耐磨鋼球，其鍛造溫度為1200℃，終鍛溫度為～800℃，鍛后空冷，然后在180～300℃回火，硬度可達HRC50，有良好的耐磨性能，如表5所示。用表1成分的鋼還可制造各種模具，如塑料、橡膠制品模、膠木模、有色金屬制品模等。這些模具型腔復(fù)雜，熱處理易引起變形、開裂等缺陷，所以一般使用結(jié)構(gòu)鋼，不經(jīng)熱處理而使用。由于在低硬度、低強度下使用，致使模具壽命甚短。用本發(fā)明鋼制造這類模具，空冷硬化，減少變形，硬度可為HRC55，壽命可顯著提高，可提高模具壽命3倍以上。表1中的鋼還可制造齒條、截齒、刮板等需要高強度、高硬度的零部件。權(quán)利要求1.一種空冷高淬透性貝氏體/馬氏體復(fù)相鋼，其特征在于以Mn，Si，Cr，B，Hf為主要合金元素，空冷后可得到貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，其成分為(重量%)C0.04～1.2Mn2.1～3.5Si0.1～6.0(Mn+Si)≥3.0Cr0.1～12B0.0005～0.005Hf0.0005～0.3余為Fe。在上述成分基礎(chǔ)上加入一種或一種以上下列元素W0.001～2.0Mo0.001～2.0Nb0.001～0.30V0.001～0.3S0.001～0.3Zr0.001～0.30Ca0.001～0.1Pb0.001～0.1Ta0.001～0.30Ti0.001～0.3稀土元素0.001～0.3本發(fā)明鋼的鑄造工藝為澆注溫度為1500～1650℃，澆注后空冷，按性能要求可直接使用或經(jīng)回火后使用。本發(fā)明鋼的鍛、軋或熱成型工藝為加熱溫度1050～1250℃，終鍛溫度≤950℃，鍛軋或熱加工后空冷。2.如權(quán)利要求1所述的鋼種，其特征在于當(dāng)其成分為C0.1～0.46%Mn+Si≥3%則空冷淬透直徑D≥60mm硬度為HRC25～55。3.如權(quán)利要求1所述的鋼種，其特征在于當(dāng)其成分為C0.47～0.70%Mn+Si≥3%則空冷淬透直徑D≥60mm硬度為HRC55～65。4.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于當(dāng)其成分為C0.04～0.30Mn2.1～2.7Cr0.1～3.5，可以制造淬透直徑φ35～φ100mm的鑄鋼件，刮板、襯板、連桿、軸、軸油桿、緊固件及深沖用雙相鋼板等。5.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于當(dāng)其成分為C0.04～0.30Mn2.5～3.5Cr0.5～12，可以制造淬透直徑≥φ100mm的鑄鋼件，刮板、襯板、連桿、軸、軸油桿、緊固件等。6.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于當(dāng)其成分為C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.1～3.5，可以制造淬透直徑φ35～φ100mm的鑄鋼件、模具、彈簧、磨球、齒條、截齒、軸及工具等。7.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于當(dāng)其成分為C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.5～12，可以制造淬透直徑≥φ100mm的鑄鋼件、模具、彈簧、磨球、齒條、截齒、軸及工具等。8.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于當(dāng)其成分為C0.61～1.2Mn2.1～2.7Cr0.1～3.5，可以制造淬透直徑φ35～φ100mm的刀具、模具、滲炭齒輪等。9.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于當(dāng)其成分為C0.61～1.2Mn2.5～3.5Cr0.5～12，可以制造淬透直徑≥100mm的滲炭齒輪等。10.如權(quán)利要求1所述的鋼種，其特征在于當(dāng)其成分為C0.1～0.5Cr0.1～2.0Si≥0.8，可制成鑄鋼件，此鑄鋼件在澆注，清砂后即可使用，硬度高于HRC25～50;或?qū)㈣T鋼件重新加熱空冷后使用或經(jīng)回火后使用。全文摘要本發(fā)明涉及一種新型合金鋼種，名稱為空冷高淬透性貝氏體/馬氏體復(fù)相鋼，本發(fā)明鋼種以碳、錳、硅、鉻、硼和鉿為主要合金元素，不需要淬火，在空冷條件下可獲貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。本發(fā)明鋼制造鑄鋼件具有良好的鑄造性能及較高的淬透性，可制造各種礦山用耐磨件，也可在鍛軋態(tài)使用，可制造各種高強度零件，本鋼種在鋼材或零件熱加工(如鍛、軋、熱彎或氣割成型等工藝)后空冷硬化，免除了一般的再次加熱淬火或淬回火工序等其它熱處理。文檔編號C22C38/38GK1042950SQ8910959公開日1990年6月13日申請日期1989年12月30日優(yōu)先權(quán)日1989年12月30日發(fā)明者方鴻生,鄭燕康,陳秀云,趙如發(fā)申請人:清華大學(xué)