[发明专利]一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法

说明书

一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法，属于低合金钢领域。该超高强高碳低合金钢，其含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.1‑1.2％，Si：1.5‑1.7％，Mn：1.6‑1.8％，Mo：0.2‑0.4％，Cr：1.3‑1.5％，V：0.09‑0.15％，B：0.01‑0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。其制备方法为：成形工艺中，熔炼、浇铸，进行奥氏体化再结晶区轧制，奥氏体化非再结晶区轧制；然后进行热处理：正火、等温球化退火、等温淬火。该工艺方法，一方面，消除了铸态过程中的缺陷；另一方面，很大程度上避免了网状渗碳体的形成。

技术领域

本发明涉及低合金钢领域，具体的说是一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法。

背景技术

超高碳钢是含碳量为1.0％～2.1％的过共析铁基合金材料，由于其超高的碳含量导致其韧性低(由于随着含碳量的增加，脆生的网状碳化物增多、增厚导致)、焊接性差，得到较少的发展。但是，20世纪70年代美国斯坦福大学ODSherby教授等人突破传统观点首次对超高碳钢进行开拓性的研究，通过一定的相变控制技术和适当的热处理工艺，可实现基体晶粒和碳化物的超细化，使超高碳钢具备高强度和超塑性，与此同时，合金化处理和合理的制备工艺能抑制超高碳钢中粗大网状碳化物的生成，是改善超高碳钢性能的有效方法。早期Sherby、Tsuzaki在超高碳钢中加入Al、Si元素抑制网状碳化物的析出。

随着热处理工艺的逐步完善，研究发现提高钢中残余奥氏体的含量可以提高高碳钢的强韧性，因为残余奥氏体在发生变形过程中吸收变形能量，发生相变诱导塑性效应而转变成马氏体，从而提高了钢的强度和塑性。同时，通过等温淬火获得下贝氏体组织也可提高高碳钢的强韧性，下贝氏体是过饱和的铁素体与渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体内部，其性能与马氏体相似具有高的强度、硬度及耐磨性，但由于下贝氏体中的渗碳体弥散分布在基体中，使其具有较好的强韧性，综合性能好，是一种理想的淬火组织。

专利[CN102703827]公开了一种高碳耐磨钢的热处理工艺，所述耐磨钢的化学成分以重量百分比计由下列组份组成：C：0.60-0.80；Mn：7.0-9.0；Si：1.10-1.30；Cr：2.40-2.80；V：0.10-0.20；B：0.05-0.10；Ti：0.02-0.03；N：0.02-0.05，Ce：0.6-0.8，余量为Fe及不可避免的杂质。其热处理工艺包括：(1)退火：将所述耐磨钢置于温度为780℃-820℃退火炉中，保温3-5小时出炉，然后空冷；(2)淬火：将所述耐磨钢置于温度为1060℃-1080℃的淬火炉中，保温2-4小时后取出油冷淬火，将耐磨钢冷却至200℃以下；(3)回火：将所述耐磨钢置于温度为530-560℃的回火炉中，保温6-8小时取出空冷。所述耐磨钢其淬火温度高，保温时间长，易使晶粒长大；其次通过高温回火，使其韧性得到较大的提高，但是，耐磨钢的耐磨性有所降低。

专利[CN103938112]公开了一种超高碳钢及其制备方法，由以下组分按重量百分比组成：C1.6-2.1％、Ni3-5％、Cr 13-16％、Mn0.01-0.03％、W2.3-2.6％、Co1.3-1.8％、Ne0.06-0.08％、Si0.04-0.08％、Cu0.8-1.4％、Ce0.006-0.009％、La0.003-0.007％、P≤0.03、S≤0.03、余量为铁。浇铸后热处理：(1)先升温至955-985℃，保温5小时；再降温至630-650℃，保温60分钟；再降温至300-320℃，保温3小时；再升温至520-550℃，保温3小时；(2)淬火：将产品浸入处于常温状态的水玻璃介质中进行间隙式淬火15分钟，再进行整体淬火1小时，淬火过程中水玻璃介质温度控制在100-120℃；(3)二次淬火处理：冷却到500-600℃时采用连续水流对超高碳钢的表面进行喷水冷却。经热处理后，其抗拉强度≥1330MPa，硬度≥710HV，冲击韧性≥77J/cm²，此耐磨钢具有良好的耐磨性能，但是加入合金元素含量较多，成本高。