一種低碳高硬度納米貝氏體鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種貝氏體鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
貝氏體鋼是一種具有高強(qiáng)度和良好塑韌性的綜合力學(xué)性能優(yōu)良的鋼種，自20世紀(jì)30年代Bain等人發(fā)現(xiàn)并研究貝氏體組織以來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者致力于貝氏體鋼的研究和開發(fā)。
[0003]超級(jí)貝氏體鋼(Superbainite)，又被稱為納米貝氏體，是近年來研究人員利用貝氏體相變理論，通過合理的成分設(shè)計(jì)而開發(fā)的一種具超高強(qiáng)度新型鋼種。其組織是由納米級(jí)的貝氏體鐵素體板條和板條間薄膜狀殘余奧氏體交替組成的，這樣的微觀組織使其具有超高的強(qiáng)度和良好的塑韌性。目前研究人員開發(fā)出來的超級(jí)貝氏體鋼大部分為高碳鋼;高碳貝氏體等溫轉(zhuǎn)變速度極為緩慢，生產(chǎn)效率低，并且高碳鋼可焊接和沖擊韌性較差，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致高碳納米貝氏體至今難以在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。低碳貝氏體等溫轉(zhuǎn)變較快，并且可焊接性與沖擊韌性能良好，更適合在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，但是低碳貝氏體鋼由于板條粗大，其硬度、強(qiáng)度不夠高。中國(guó)發(fā)明專利CN 102321852 B公開了一種納米結(jié)構(gòu)無碳化物貝氏體中碳合金鋼及其制備方法，在中碳鋼中添加Mn、Cr、S1、A1、W等元素進(jìn)行合金化，并采用對(duì)過冷奧氏體乳制強(qiáng)化然后等溫淬火的方法，獲得了無碳化物納米貝氏體，但是此鋼的碳質(zhì)量百分比依舊高達(dá)0.5%。中國(guó)專利CN 104962806 A公開了一種低碳納米貝氏體鋼及其制備方法，通過優(yōu)化貝氏體鋼成分設(shè)計(jì)，降低其C含量，采用慢速降溫過程中變形的方法來加速貝氏體相變和細(xì)化貝氏體板條組織。其制備出了碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2?0.49%的中碳和低碳納米貝氏體，但制備過程涉及到同時(shí)對(duì)冷速與乳制過程的控制，較為復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化生產(chǎn)、且具有優(yōu)良的可焊接性與沖擊韌性的低碳高硬度納米貝氏體鋼及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的低碳高硬度納米貝氏體鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C0.15?0.19，Si 0.7?1.41，Μη 1.6?2.0，Cr 1.6?1.9，Ni 0.2?0.4，Μο 0.3?0.4，W 0.2?0.3，Α1 O?I.3，Ρ〈0.01，S〈0.01，其余為Fe。
[0006]上述低碳高硬度納米貝氏體鋼的制備方法如下:
[0007](I)鑄錠與鍛造:用真空感應(yīng)爐對(duì)上述成分的低碳鋼進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1630?1670°C、時(shí)間1.0h，然后將鋼水澆鑄成鋼錠并緩冷至室溫;將鑄錠加熱至1200?1250°C保溫9?Ilh出爐，在?1150°C開始鍛造，終鍛溫度為920?1000°C，鍛造后空冷至室溫。
[0008](2)乳制與等溫淬火:首先用膨脹法測(cè)得馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)，再將步驟(I)的低碳鋼加熱至930?960°C奧氏體化5?20min，接著以高于15°C/s冷卻速度(保證冷卻過程沒有相變發(fā)生)降溫至Ms點(diǎn)以上10?20°C，并在此溫度乳制變形50%，變形速率為-0.1s—S之后直接冷卻到Ms以下20?30°C進(jìn)行等溫淬火處理10?20min，最后空冷卻至室溫。
[0009]本發(fā)明得到鋼的基體組織為貝氏體，此外還含少量回火馬氏體。選擇的等溫淬火溫度為Ms點(diǎn)以下20?30°C，在降溫到Ms點(diǎn)以下時(shí)首先生成部分馬氏體，在之后等溫轉(zhuǎn)變過程中先生成馬氏體中的碳原子向外擴(kuò)散變成回火馬氏體，并且馬氏體與奧氏體相界面為貝氏體轉(zhuǎn)變提供許多形核點(diǎn)，能夠加速貝氏體轉(zhuǎn)變和細(xì)化貝氏體板條。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011 ] 1、本發(fā)明的低碳高硬度納米貝氏體鋼微觀組織明顯細(xì)化，貝氏體板條達(dá)到納米級(jí)另IJ，擁有更高的硬度，維氏硬度可達(dá)?500HV以上。
[0012]2、碳含量大大降低，碳元素質(zhì)量百分比在0.2%以下，保證其具有良好可焊接性，具有更廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。
[0013]3、貝氏體轉(zhuǎn)變過程很快，能提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0014]4、工藝更加簡(jiǎn)單，易于實(shí)施于工業(yè)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1獲得的低碳高硬度納米貝氏體鋼的微觀組織透射電鏡圖。
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例3獲得的低碳高硬度納米貝氏體鋼的微觀組織透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]用真空感應(yīng)爐對(duì)低碳鋼進(jìn)行熔煉，該低碳鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C0.19%，Si 0.76% ,Mn 1.6% ,Cr 1.81% ,Ni 0.20% ,Mo 0.40% ,W 0.20% ,Al 1.21% ,S
0.0074 %,P 0.0084 %，其余為Fe，熔煉溫度1630°C、熔煉時(shí)間1.0h，將鋼水澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫;將鑄錠加熱至1200°C保溫I Ih出爐，在1150°C開始鍛造，終鍛溫度為920°C，之后空冷至室溫。然后測(cè)得Ms點(diǎn)溫度為364°C，將低碳鋼加熱到930°C，保溫20min，再以20°C/s的速率淬火到384°C，在此溫度進(jìn)行乳制變形，變形量為50%，變形速率-0.1 s—1，然后降溫到344°C保溫20min，最后空冷至室溫。制備出具有納米板條的低碳高硬度納米貝氏體鋼，其貝氏體鐵素體板條平均厚度8 Inm，鋼的顯微維氏硬度537HV。
[0019]實(shí)施例2
[0020]用真空感應(yīng)爐對(duì)低碳鋼進(jìn)行熔煉，該低碳鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C
0.17%,Si 0.70% ,Mn 1.81% ,Cr 1.60%,Ni 0.40% ,Mo 0.33%,W 0.24%，Α1 1.30% ,S
0.0055%,P 0.0081%,其余為Fe，熔煉溫度1650°C、熔煉時(shí)間1.0h，將鋼水澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫;將鑄錠加熱至1220°C保溫1h出爐，在1150°C開始鍛造，終鍛溫度為970°C，之后空冷至室溫。然后測(cè)得Ms點(diǎn)溫度為376°C，將鋼加熱到奧氏體化溫度950°C保溫lOmin，然后再以20°C/s的速率淬火到390°C，在此溫度進(jìn)行乳制變形，變形量為50%，變形速率-0.1s—S然后降溫到350°C保溫15min，最后再空冷至室溫。制備出具有納米板條的低碳高硬度納米貝氏體鋼，其貝氏體鐵素體板條平均厚度91nm，鋼的顯微維氏硬度522HV。
[0021]實(shí)施例3
[0022]用真空感應(yīng)爐對(duì)低碳鋼進(jìn)行熔煉，該低碳鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C0.15%,Si 1.40% ,Mn 2.0 % , Cr 1.90% ,Ni 0.36% ,Mo 0.30% ,ff 0.30% ,S 0.007% ,P0.0092 %，其余為Fe，熔煉溫度1670°C、熔煉時(shí)間1.0h，將鋼水澆鑄成鋼錠，緩冷至室溫;將鑄錠加熱至1250°C保溫9h出爐，在1150°C開始鍛造，終鍛溫度為1000°C，之后空冷至室溫；然后測(cè)得Ms點(diǎn)溫度為385°C，將鋼加熱到960°C，保溫5min，然后再以20°C/s的速率淬火到395°C，在此溫度進(jìn)行乳制變形，變形量為50%，變形速率-0.1s—1，然后降溫到355°C保溫lOmin，最后再空冷至室溫。制備出具有納米板條的低碳高硬度納米貝氏體鋼，其貝氏體鐵素體板條平均厚度98nm，鋼的顯微維氏硬度503HV。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低碳高硬度納米貝氏體鋼，其特征在于:它的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:c0.15?0.19、Si 0.7?1.41、Μη 1.6?2.0、Cr 1.6?1.9、Ni 0.2?0.4、Μο 0.3?0.4、W 0.2?0.3、Al O?1.3、P〈0.01、S〈0.01，其余為Fe元素。2.權(quán)利要求1的低碳高硬度納米貝氏體鋼的制備方法，其特征在于:它包括以下步驟: (1)鑄錠與鍛造:用真空感應(yīng)爐對(duì)上述成分的低碳鋼進(jìn)行熔煉，溫度1630?1670°C、熔煉時(shí)間1.0h，然后將鋼水澆鑄成鋼錠并緩冷至室溫;將鑄錠加熱至1200?1250°C保溫9?I Ih出爐，在?1150°C開始鍛造，終鍛溫度為920?1000C，鍛后空冷至室溫； (2)乳制與等溫淬火:首先用膨脹法測(cè)得馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)，再將步驟(I)的低碳鋼加熱至930?960°C奧氏體化5?20min，接著以高于15°C/s冷卻速度降溫至Ms點(diǎn)以上10?20°C，并在此溫度乳制變形50%，變形速率為-0.1s—1，之后直接冷卻到Ms以下20?30°C進(jìn)行等溫淬火處理10?20min，最后空冷至室溫。
【專利摘要】一種低碳高硬度納米貝氏體鋼，它的成分質(zhì)量百分比為：C？0.15～0.19，Si？0.7～1.41，Mn？1.6～2.0，Cr？1.6～1.9，Ni？0.2～0.4，Mo？0.3～0.4，W？0.2～0.3，Al？0～1.3，P<0.01，S<0.01，其余為Fe；上述低碳高硬度納米貝氏體鋼的制備方法：首先對(duì)上述成分的低碳合金鋼進(jìn)行熔煉、鑄成鋼錠并鍛造；對(duì)鍛造好的鋼加熱奧氏體化，然后快冷至Ms點(diǎn)以上10～20℃，并在此溫度對(duì)軋制變形50％，應(yīng)變速率-0.1s-1，然后立即將變形后的鋼快冷至Ms以下20～30℃進(jìn)行等溫淬火，等溫淬火時(shí)間10～20min，最后空冷至室溫。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)效率高，貝氏體鋼的碳元素質(zhì)量百分比在0.2％以下。
【IPC分類】C22C38/08, C22C38/06, C21D8/00, C22C38/12, C21D1/20, C22C38/02, C22C38/18, C22C38/04
【公開號(hào)】CN105506448
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510881199
【發(fā)明人】錢立和, 趙雷杰
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日