[发明专利]一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺

说明书

【技术领域】

本发明涉及超高碳钢的热处理工艺，特别是一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺。

【背景技术】

超高碳钢是指碳含量为1.0-2.1%的铁基合金材料。传统上认为，钢中碳含量过高，碳化物易于网状析出，而致材料脆性大，因而超高碳钢在工程上很少应用。

随着材料加工技术的发展，超高碳钢的研究获得突破性进展。目前国内外一般采用热机械变形或多重热处理技术控制超高碳钢的碳化物形成状态，以改善钢的脆性。但前者带来环境噪音污染，而后者具有高能耗，均不利于工业化应用。

若采用中温等温热处理工艺，形成由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织，即控制碳原子主要以固溶形式存在于贝氏体铁素体中，以有效地克服碳化物以大块或结网状的析出，进而改善材料的韧性。这不仅使得超高碳钢的应用潜质得以彰显，而且得以发展出一种新型的超高碳钢加工工艺。

超高碳钢有着较为广泛的工程应用前景，控制中温等温热处理工艺，获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织的研究有着强烈工程应用背景。然而使超高碳钢具有由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织是较困难的。关键的问题是如何选择适宜的热处理条件，如奥氏体化温度、奥氏体化后的冷却速度、中温等温温度及等温时间等控制组织形成条件的协调组合。目前，关于超高碳钢通过中温等温热处理工艺获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织的研究工作国内外鲜有报道。

【发明内容】

本发明的目的在于针对上述存在问题提供一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺，该工艺可以克服碳化物以大块或结网状析出，使材料获得由含过饱和碳的单相铁素体构成、金相上呈现板条状的贝氏体组织与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，从而改善材料的韧性性能。

本发明的技术方案：

一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.44C-1.52Cr-0.73A1-0.32Si-0.62Mn，所述热处理工艺的整个过程均在空气环境条件下进行，步骤如下：

1）组分均匀化处理：将该超高碳钢升温至950-1050℃并在该温度下等温匀化退火处理，处理时间为5小时；

2）高温奥氏体化处理：将上述组分均匀化处理后的超高碳钢在860-920℃温度下进行等温处理，处理时间为30分钟；

3）高温奥氏体化后冷却处理：将高温奥氏体化处理后的超高碳钢的温度从860-920℃冷却到200-270℃，冷却速度为25-35℃/s；

4）中温等温处理：将上述后冷却处理后的超高碳钢在200-280℃温下进行中温等温处理，等温处理时间为2-60分钟，使该超高碳钢等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，等温处理后水冷至室温即可。

本发明优点是：该克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺过程为：先对铸态材料进行成分均匀化退火，之后对材料高温奥氏体化，然后进行冷却，冷却至中温等温温度区间，再在该温度区间等温，以获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。通过控制超高碳钢在奥氏体化的组织状态、奥氏体化后的冷却速度、中温等温温度和等温时间，获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，以改善超高碳钢的韧性。

【附图说明】

附图为本发明由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织的金相照片。

【具体实施方式】

以下结合实施例并参照附图进行详细叙述。

实施例：

一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.44C-1.52Cr-0.73A1-0.32Si-0.62Mn，所述热处理工艺的整个过程均在空气环境条件下进行，步骤如下：

1）组分均匀化处理：将该超高碳钢升温至1000℃并在该温度下等温匀化退火处理5小时，使铸态形成的碳化物重溶并使材料的成分均匀化分布；

2）高温奥氏体化处理：将上述组分均匀化处理后的超高碳钢在900℃温度下等温处理30分钟，使材料获得成分、显微组织结构较为均匀的奥氏体组织，为形成由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织打下基础；