高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼及其生產方法與流程

2024-02-22 05:59:15

本發明涉及材料技術領域，具體來說涉及一種高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼，同時還涉及該高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼的生產方法。

背景技術：
鑿巖釺具為細長杆件，直接進行液體淬火容易導致變形嚴重無法使用，因此重型釺杆製造均採用低碳合金鋼加工成形後進行滲碳風冷淬火、低溫回火以降低淬火變形。在表面滲碳層獲得馬氏體、心部獲得馬氏體加貝氏體作為最終使用組織。然而這類鋼目前大多採用低碳Ni-Cr系鋼，它具有性能穩定，強韌性優良，缺口敏感性低、滲碳後表層碳濃度梯度平緩等優點。但較高的Ni含量導致材料成本顯著增加，同時這類材料滲碳後表層顯微組織較粗大，這對提高釺杆的疲勞壽命不利。為此有人採用低成本的Si--Mn--Mo系低中碳貝氏體鋼來代替Ni-Cr系鋼以降低成本，這類鋼滲碳後在適當空冷冷速條件下，可以獲得高的強韌性，其空冷淬透性良好，整個截面上可以獲得均勻的貝氏體組織。但Si-Mn-Mo-稀土系空冷貝氏體鋼在大尺寸構件心部空冷條件下，易於出現先共析鐵素體和島狀貝氏體甚至島狀組織，從而大幅降低了空冷條件下的強韌性。

技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述缺點而提供的一種能增加韌性和塑性，使材料和掘進工具等構件具有最佳強韌性配合，顯著延長掘進工具使用疲勞壽命的高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼。本發明的另一目的在於提供該高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼的生產方法。本發明的一種高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼，其成分重量百分比如下：C：0.1-0.40%，Si：0.7-1.3%，Mn:1.7-2.4%，Mo：0.1-0.3%，V：0.04-0.2%，Cr：0.70-2.0%，稀土元素Ce、La：0.001-0.02%，餘量鐵。一種高強韌性滲碳空冷掘進工具用鋼的生產方法，包括以下步驟：（1）上述配比的材料經冶煉成錠坯經1100℃鍛軋成材，再經900℃加熱後空冷：1-100℃/min冷速獲得貝氏體組織，100-200℃/min冷速獲得貝氏體+馬氏體組織；經100-300℃回火；（2）該鋼經900-920℃滲碳後在10-200℃/min冷速下常規空冷。本發明與現有技術相比，具有明顯的有益效果，從以上技術方案可知：本發明是在Si-Mn-Mo-稀土基礎上添加合金元素Cr，同時添加Cr與稀土合金元素具有以下重要作用：一是細化晶粒和細化組織共同作用效果高於單獨稀土元素Ce和La和無稀土的Si-Mn-Mo-Cr系貝氏體鋼，細化空冷過程中貝氏體組織和馬氏體組織，使材料強韌性顯著提高。二是推遲該鋼的貝氏體轉變海灣區，增加了貝氏體相變孕育區，降低貝氏體轉變Bs點，更傾向於獲得性能優異的過渡形態細化的束狀或者針狀貝氏體組織；這就大幅提高了該鋼的空冷獲得貝氏體組織的淬透性，可以在直徑100mm條件下，獲得過渡形態貝氏體。三是滲碳過程中與碳結合形成Cr系碳化物，促進工件表層對活性碳原子的吸附，提高表面碳濃度，形成高碳濃度梯度，增加了滲碳速率，提高了表面硬度。同時提升材料的表面滲層壓應力，有利於提高掘進工具的抗疲勞裂紋擴展能力；四是在保證滲層表面有效硬度的前提下，Cr的加...