[发明专利]一种耐高温中低碳中低合金钢及其制备方法

说明书

一种耐高温中低碳中低合金钢，其特征在于：所述中低碳中低合金钢的化学成分按重量百分比计为C：0.20~0.30%、Cr：2.2~3.2%、Mo：1.5~2.5%、Ni：0.5~1.5%、W：0.6~0.9%、V：0.2~0.9%、Nb：0.1~0.15%，其余成分为Fe。本发明制备的合金钢同时具有优异的室温韧性和低温冲击韧性的同时，室温强度达到1210MPa以上，在700℃是高温强度达到550MPa以上，高温强度较现有合金钢提高2‑4倍。

技术领域

本发明涉及合金钢技术领域，具体涉及一种耐高温中低碳中低合金钢及其制备方法。

背景技术

调质处理的Cr-Mo系合金钢因其室温强韧性、低温冲击韧性、综合机械性能等优良，是广泛应用的一种结构材料大量运用到机械或装备上。此外，Cr-Mo系合金钢也应用到热模钢上，通过提高Cr、Mo等合金的含量，增加V、Si等合金元素，从而提高Cr-Mo的高温性能，如常用的H11和H13热模钢等。

采用高合金化可以有效提高Cr-Mo系合金钢的高温性能，但是高合金化后，Cr-Mo系合金钢的室温强韧性、低温冲击韧性及室温强度等性能会大幅度下降，并且增加了资源和成本消耗。此外，通过高合金化虽然提高了600℃及以下的高温强度，但是超过600℃后，强度迅速降低，700℃下高温性能降低至100～300MPa，难以满足600℃以上更高温度的使用要求。因此，如何在保持室温强韧性、低温冲击韧性及室温强度不降低的同时，提高Cr-Mo系合金钢的高温性能，特别是满足700℃以上温度的使用要求，扩大应用领域，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温中低碳中低合金钢及其制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种耐高温中低碳中低合金钢，其特征在于：所述中低碳中低合金钢的化学成分按重量百分比计为C：0.20～0.30％、Cr：2.2～3.2％、Mo：1.5～2.5％、Ni：0.5～1.5％、W：0.6～0.9％、V：0.2～0.9％、Nb：0.1～0.15％，其余成分为Fe。

进一步，所述中低碳中低合金钢的化学成分按重量百分比计为C：0.25～0.30％、Cr：2.2～3.2％、Mo：1.5～2.5％、Ni：0.5～1.5％、W：0.7～0.8％、V：0.2～0.6％、Nb：0.12～0.15％，其余成分为Fe。

上述中低碳中低合金钢的制备方法，其特征在于：依次通过合金化设计、熔炼、退火处理、锻造、退火处理、固溶淬火处理和回火处理；所述固溶淬火是将退火后的精锻坯先在860～900℃下保温1h，再将固溶温度升至1100～1150℃，保温3～5h，随后先淬水，出水后温度在110～150℃左右，最后淬油，温度降至100℃以内。

较高的固溶温度，可以增加合金元素固溶度，从而增加材料的室温强度，但是过高的温度会导致基体晶粒长大，从而又会降低材料强度。本领域均知晓，合金钢中成分及含量的细微调整，对合金钢的性能均会产生影响。本发明同时添加W、V、Nb，并调整其添加量，形成一次碳化物，在1100～1150℃高温固溶时，合金充分回溶，促进高熔点、高稳定性WC、VC、NbC碳化物在基体中的扩散，多种碳化物的配合，达到强化作用，提高了固溶与淬火马氏体中各元素的脱溶温度，达到高温环境下有具有高强度，脱溶温度的提高，使得在高温时基体长大受到抑制，保证了其高温环境下韧性不下降。

进一步，上述回火处理分为两次回火，第一次回火温度为560～590℃、时间为4～5h，出炉空冷，第二次回火温度为670～680℃、时间为4～5h，出炉空冷。