低碳貝氏體鋼及其製備方法

2023-09-20 11:56:35

專利名稱：：低碳貝氏體鋼及其製備方法
技術領域：
：本發明屬貝氏體鋼領域，特別是涉及一種低碳貝氏體鋼及其製備方法。技術背景貝氏體組織自20世紀20年代末，Robertso首次發現以來，國內外材料科學工作者就致力於貝氏體組織和貝氏體相變理論的研究及貝氏體鋼的開發應用。50年代出現了Mo-B系貝氏體鋼，70年代出現了Mn-B系貝氏體鋼。因它既具有優良的耐磨性，又有高的強韌性，在礦山、冶金、電力、建材、化工等領域得到了初步應用，尤其是在耐磨鋼球、刮板、耐磨傳輸管材等零件上取得了較好的應用效果。目前貝氏體鋼的製備方法主要有等溫熱處理法和合金化法，前者生產工序多、工藝複雜、生產效率低；後者因為要加入較多的貴重金屬，使得成本大大增加。而且在既有高耐磨性要求，又有高強度、高韌性要求時，普通貝氏體鋼還是不能滿足要求。低碳貝氏體鋼是近幾十年來發展的新鋼系，被譽為環保型綠色鋼種，已廣泛應用於工程機械、橋梁、艦船、貨櫃、壓力容器等諸多領域。它成分上採用低碳，複合加入合金元素。因此，鋼的強度除了依靠碳含量以外，還通過位錯強化和微合金強化來完成，獲得高密度位錯亞結構的均勻細小的貝氏體組織，具有高強度、超韌性和良好的焊接性能。傳統的貝氏體鋼中，一般加入的是V、Mo、Mn、B、Cr等合金元素，由於Mo、B等合金價格昂貴，使低碳貝氏體鋼的製造成本相對較高。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種低碳貝氏體鋼及其製備方法，低碳貝氏體鋼具有高強韌性和高耐磨性，廣泛應用於工程機械、橋梁、艦船、貨櫃、壓力容器等諸多領域。方法操作簡單，成本低，效率高，適合工業化生產。本發明的一種低碳貝氏體鋼，含有質量百分比0.120.43%的碳，1.02.6%的錳，12%的矽，00.8%的鉻，00.05%的硫或磷，餘量為鐵。本發明的一種低碳貝氏體鋼的製備方法，包括如下步驟(1)配料按照上述質量百分比配料；(2)熔煉將配好的原料在中頻感應熔煉爐中進行熔煉，熔煉溫度為1500-160(TC，等原料熔化後，再進行10-20min的電磁攪拌，以使合金成分更加均勻。等電磁攪拌結束之後進行澆鑄，澆鑄溫度在1500-1580°C;(3)熱處理利用工件澆注時的餘熱進行淬火處理，淬火溫度為88094(TC;淬火液為鹼性水溶液，ra值為914，密度為1.001.65;(4)金相觀察用線切割機分別取外部和心部O4X10mm的小樣進行鑲嵌，採用不同粒度砂紙打磨，然後進行拋光，最後用4%的硝酸酒精進行表面腐蝕。在奧林巴斯光學顯微鏡或者其它高倍率光學顯微鏡下面進行相界面觀察分析，並做TEM確認其組織。最後觀察分析得出金相組織由90%的針狀下貝氏體和少部分馬氏體組成。(5)性能測試在萬能試驗機上進行機械性能測定並計算，最後得出屈服強度o。.2〉800MPa，抗拉強度ob:8002000MPa，延伸率S:1520%，衝擊韌性Ak>50J/cm2,斷面收縮率nr〉45%。為了降低低碳貝氏體鋼的製造成本，本發明採用廉價的Si、Mn、Cr元素，合金總量控制在5%以內，在保證低成本的同時，獲得良好的高強韌性貝氏體鋼。該高強韌性貝氏體鋼的成分設計如下碳含量的設計C是鋼強化的主要元素，但較易產生脆性和應力，為了滿足一定的硬度和韌性，C含量定為0.180.35%(質量分數)。錳含量的設計Mn在一定含量時，使過冷奧氏體等溫轉變曲線上存在明顯的上下C曲線分離，適量的Mn在中溫下的相界處富集時，對相界遷移起拖曳作用，同時顯著降低貝氏體的相變驅動力，使貝氏體相變溫度降低，是保證獲得小貝氏體尺寸的主要因素。Mn與Si共同作用可獲得高強度、高硬度的同時，仍具有較高的韌性，但含量過高將增加碳含量，因此Mn含量定為1.02.6%(質量分數)。矽含量的設計Si在貝氏體轉變過程中有強烈抑制碳化物析出的特點，使貝氏體不易析出碳化物。但含量過高，會促使自由鐵素體的析出，將對強韌性產生負面作用，因此Si含量定為l2%(質量分數)。鉻含量的設計Cr能提高基體的抗磨性和提高淬透性，且能擴大CCT曲線的貝氏體相變區，提高了過冷奧氏體的穩定性，因Cr較昂貴，為了節約成本，固將Cr含量定為00.8%(質量分硫、磷含量的確定S、P元素有助於改善切削加工性能，但如果S、P含量超過0.05M，將產生嚴重的偏析，影響鋼的均質性，因此S、P的含量控制在0.05X之內。低碳貝氏體鋼的化學成分W(B)/%元素cMnSiCrSP含量0.120.431.02.61200.8《0.05《0.05為了減少生產工序並使工藝簡單化，提高生產效率，同時獲得貝氏體組織，熱處理方式採用工件澆注時的餘熱進行淬火處理，淬火溫度控制在880940°C，淬火介質為鹼性水溶液，ffl值為914，密度為1.001.65。最後選擇組份生產一種低碳貝氏體鋼，含有質量百分比0.36%的碳，1.8%的錳，1.46%的矽，0.6%的鉻，0.02%的硫，0.02%的磷，餘量為鐵。有益效果1.低碳貝氏體鋼集高強韌性、高耐磨性等優良性能於一身，很好的化解了強度和韌性之間的關係。2，低碳貝氏體鋼的製造方法簡單，成本低，效率高，十分適合工業化生產。3.低碳貝氏體鋼用途廣泛，應用於工程機械、橋梁、艦船、貨櫃、壓力容器等諸多領域。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例1tableseeoriginaldocumentpage5所配好的原料在中頻感應熔煉爐中進行熔煉，熔煉溫度為1600'C，等原料熔化後，再進行10min的電磁攪拌，以使合金成分更加均勻。等電磁攪拌結束之後進行澆鑄，澆鑄溫度在1550°C。3、熱處理澆鑄後所得的試樣溫度冷卻到92(TC時，直接置於PH值為10，,密度為1.05之間的鹼性水溶液中淬火。4、金相觀察用線切割機分別取外部和心部①4X10mm的小樣進行鑲嵌，採用不同粒度砂紙打磨，然後進行拋光，最後用4%的硝酸酒精進行表面腐蝕。在奧林巴斯光學顯微鏡或者其它高倍率光學顯微鏡下面進行相界面觀察分析，並做TEM確認其組織。最後觀察分析得出金相組織由90%的針狀下貝氏體和少部分馬氏體組成。5、性能測試-在萬能試驗機上進行機械性能測定並計算，最後得出屈服強度o。.2〉800MPa，抗拉強度ob:8002000MPa，延伸率S:1520%，衝擊韌性Ak〉50J/cm2，斷面收縮率V〉45X。實施例23、配料按照下表質量百分比進行配料，其餘為Fe。元素cMnSiCrSP含量(%)0.432.620.8《0.05《0.054、熔煉:所配好的原料在中頻感應熔煉爐中進行熔煉，熔煉溫度為150(TC，等原料熔化後，再進行20min的電磁攪拌，以使合金成分更加均勻。等電磁攪拌結束之後進行澆鑄，澆鑄溫度在1580°C。3、熱處理澆鑄後所得的試樣溫度冷卻到94(TC時，直接置於PH值為12，密度為1.15之間的鹼性水溶液中淬火。4、金相觀察用線切割機分別取外部和心部。4X10mm的小樣進行鑲嵌，採用不同粒度砂紙打磨，然後進行拋光，最後用4%的硝酸酒精進行表面腐蝕。在奧林巴斯光學顯微鏡或者其它高倍率光學顯微鏡下面進行相界面觀察分析，並做TEM確認其組織。最後觀察分析得出金相組織由90%的針狀下貝氏體和少部分馬氏體組成。5、性能測試在萬能試驗機上進行機械性能測定並計算，最後得出屈服強度o。.2〉800MPa，抗拉強度ob:8002000MPa，延伸率S:1520%，衝擊韌性Ak〉50J/cm2，斷面收縮率￥〉45%。實施例35、配料按照下表質量百分比進行配料，其餘為Fe。元素cMnSiCrSP含量(%)0.382.11.50.5《0.05《0.056、熔煉:所配好的原料在中頻感應熔煉爐中進行熔煉，熔煉溫度為155(TC,等原料熔化後，再進行15min的電磁攪拌，以使合金成分更加均勻。等電磁攪拌結束之後進行澆鑄，澆鑄溫度在1500。C。3、熱處理澆鑄後所得的試樣溫度冷卻到88(TC時，直接置於ra值為14，密度為1.65之間的鹼性水溶液中淬火。4、金相觀察用線切割機分別取外部和心部O4X10mm的小樣進行鑲嵌，採用不同粒度砂紙打磨，然後進行拋光，最後用4%的硝酸酒精進行表面腐蝕。在奧林巴斯光學顯微鏡或者其它高倍率光學顯微鏡下面進行相界面觀察分析，並做TEM確認其組織。最後觀察分析得出金相組織由90%的針狀下貝氏體和少部分馬氏體組成。5、性能測試在萬能試驗機上進行機械性能測定並計算，最後得出屈服強度o。.2〉800MPa，抗拉強度ob:8002000MPa，延伸率S:1520%，衝擊韌性Ak〉50J/cm2，斷面收縮率n045X。權利要求1.一種低碳貝氏體鋼，含有質量百分比0.12～0.43％的碳，1.0～2.6％的錳，1～2％的矽，0～0.8％的鉻，0～0.05％的硫、0～0.05％的磷，餘量為鐵。2.根據權利要求1所述的一種低碳貝氏體鋼，其特徵在於含有質量百分比0.36%的碳，1.8%的錳，1.46%的矽，0.6%的鉻，0.02%的硫，0.02%的磷，餘量為鐵。3.—種低碳貝氏體鋼的製備方法，包括如下步驟(1)配料按照上述質量百分比配料；(2)熔煉將配好的原料在中頻感應熔煉爐中進行熔煉，溫度1500-1600'C，原料熔化後，10-20min的電磁攪拌，澆鑄，溫度1500-158CTC;(3)熱處理利用工件澆注時的餘熱進行淬火處理，淬火溫度為880940'C，淬火液為鹼性水溶液，PH值為914，密度為1.00L65;4.根據權利要求3所述的一種低碳貝氏體鋼的製備方法，其特徵在於採用金相觀察，金相組織由90%的針狀下貝氏體和少部分馬氏體組成。5.根據權利要求3所述的一種低碳貝氏體鋼的製備方法，其特徵在於低碳貝氏體鋼的性能測試為屈服強度Oo.)SOOMPa，抗拉強度Ob:8002000MPa，延伸率S:1520%，衝擊韌性Ak〉50J/cm2，斷面收縮率^〉45%。全文摘要本發明涉及一種低碳貝氏體鋼及其製備方法，低碳貝氏體鋼包括(質量百分比)0.12～0.43％的碳，1.0～2.6％的錳，1～2％的矽，0～0.8％的鉻，0～0.05％的硫、0～0.05％的磷、鐵；製備步驟(1)配料(2)熔煉溫度1500-1600℃，電磁攪拌，澆鑄；(3)鹼性水溶液中餘熱淬火處理，淬火溫度880～940℃；鹼性水溶液pH值9～14，密度1.00～1.65；本發明低碳貝氏體鋼具有高強韌性和高耐磨性，廣泛應用於工程機械、橋梁、艦船、貨櫃、壓力容器等諸多領域。方法操作簡單，成本低，效率高，適合工業化生產。文檔編號C22C38/18GK101104906SQ20071004403公開日2008年1月16日申請日期2007年7月19日優先權日2007年7月19日發明者季誠昌,朱世根,潘金平申請人:東華大學