[发明专利]一种高性能超高碳钢及复合热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种既具有超细晶钢，又具有节约资源且环保的高性能超高碳钢（Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al）及复合热处理工艺，属特种钢材制造领域。

背景技术

CN1417365A、名称“高强度超高碳钢及其生产工艺”，其合金成分为(重量百分比):C:1.0～2.0、Cr:0.5～2.0、Mn:0.2～0.8、Si和Al中的一种、余Fe;生产工艺包括选取合适的添加元素,用喷射成形工艺获得坯料;然后进行大变形量(压下量达50%～70%)热轧,空冷后所得材料无须调质处理,即可达到1000MPa左右的屈服强度与1300MPa左右的抗张强度,并有8～11%延伸率的塑性。喷射成形坯料由于形成均匀细小的组织而具有优异的高温变形能力。由此可施行大变形量的热轧,使组织充分致密并且更为均匀细化,从而获得高强度超高碳钢材料。

CN102851470A、名称“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。

CN1715436A、名称“一种超高碳钢的生产工艺”，所述的超高碳钢的合金成分(重量%)为C 1.0～1.8%,Si 0.5～3.0%,Cr 0.5～2.0%,Mn 0.2～0.7%,余Fe,喷射成形工艺制取的超高碳钢实施形变与热处理相结合的生产工艺:将喷射成形超高碳钢放入1000℃炉内保温20分钟后取出立即轧制,单道次轧制压下量为60%;轧后迅速放入已达设定温度的热处理炉内保温150分钟后取出空冷。由上述组合生产工艺获得的超高碳钢,具有合适比例的珠光体和球化组织相配合的特殊组织结构,其抗张强度可达1300MPa,而延伸率为18.5%。本发明工艺简单,能源消耗和生产成本明显降低,有利于实现规模生产和推广应用。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既具有超细晶钢，又具有节约资源且环保的高性能超高碳钢（Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al）及复合热处理工艺。

设计方案：为了实现上述设计目的。1、在大量文献基础上，通过理论分析，初步确定研究合金体系，并设计其成分范围。2、利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对选定超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化和确定锻造工艺及热处理工艺提供理论基础。3、采用理论分析和实验相结合的方法，提出试验用超高碳钢合理的锻造工艺，锻成组织致密无大块状碳化物的锻坯。4、研究铝元素对试验用超高碳钢先共析碳化物析出过程的影响；研究铝元素对珠光体组织及球化组织的影响；热力学计算铝元素针对试验用超高碳钢引起石墨化的临界值；分析含铝量对高温热变形性能的影响。综合考虑，提出试验用超高碳钢铝的合理添加量，即最终提出本发明用超高碳钢的合金成分。5、采用金相硬度法确定A₁温度，采用膨胀法测定等温转变开始点及M_S点，为复合热处理工艺的制定提供理论根据，系统研究复合热处理工艺参数对超高碳钢微观组织及力学性能的影响，最终提出高性能超高碳钢的复合热处理工艺。

硅含量选择在0.4%～0.6%的设计目的在于：添加硅在于提高A₁温度，抑制二次碳化物析出，提高钢的超塑性，改善钢的回火稳定性，但过量添加会诱发石墨化，加工过程中易产生裂纹，室温塑性低。硅是钢中的常存元素，综合考虑，硅含量选择在0.4%～0.6%，既能保证有利的影响，又方便冶炼实施。

锰含量选择在0.4%～0.6%的设计目的在于：添加锰在于提高钢的淬透性，但过量添加会导致组织粗大。锰是钢中的常存元素，综合考虑，锰含量选择在0.4%～0.6%，既能保证有利的影响，又方便冶炼实施。