一种Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢、钎杆及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢，该低碳贝氏体钢的组成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe，显微组织为纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织。本发明专利技术还公开由该Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢制造得到的Mn-Si-Cr低碳贝氏体钎杆及其制备方法。本发明专利技术制得的钎杆与传统钎杆相比，抗拉强度大于1200MPa，屈服强度大于900MPa，延伸率大于16％，冲击值AKV大于78J，布氏硬度HB大于380，强韧性好，机械性能均达到或优于国家标准，能满足我国凿岩钎具用钢重型钎杆的需要，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢、钎杆及其制备方法
本专利技术属于钢材研究领域。更具体地，涉及一种Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢、钎杆及其制备方法。
技术介绍
凿岩钎具是一种配合凿岩机械进行岩石钻孔的工具之一，其通常是由钎尾、钎肩、钎杆、钎稍等组成。一般而言，钎杆有两种制成方式，一种是直接将钢材轧制制成，另一种用中频感应器对钢材进行不完全正火制成。轧制制成的钎杆通常耐疲劳、抗冲击的机械性能差。中频感应器正火制成的钎杆的机械性能有所改善，但由于加热时间短、组织转变不充分导致硬度不均匀，抗冲击、耐疲劳等性能仍不能满足使用要求。国内外重型钎杆用钢主要包括Cr-Ni-Mo系和Cr-Ni-Mo-V系，例如18CrNi4Mo，这两种钢中均含有较高的Ni元素(通常是2.0-4.0wt％)，导致合金成本高，不利于工业使用。在使用中，钎杆要承受1000-8000次/分钟、30-50J的冲击，通常会因抗疲劳和抗冲击性能差而导致断裂失效，进而使得凿岩成本增加且会影响凿岩效率。贝氏体钢的综合性能优异，被认为是今后重型钎具材料发展的方向之一。目前，钎杆贝氏体钢研究的重点是中高碳贝氏体钢，但这种钢材料的抗冲击性能及韧性受碳含量的影响明显，不能适用于钎具中。因此，需要提供一种新的钢材，其耐疲劳、抗冲击性能好。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢。本专利技术的第二个目的在于提供上述Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢的应用，其可用来制造钎杆。本专利技术的第三个目的在于提供利用上述Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢制造钎杆的方法。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢，其组成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe，显微组织为纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织。优选地，所述低碳贝氏体钢中，[H]含量小于1.5ppm，[O]含量小于15ppm。优选地，所述低碳贝氏体钢，其组成包括：0.12-0.16wt％的C、1.0-1.2wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe，显微组织为纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织。优选地，所述低碳贝氏体钢，其组成包括：0.16-0.20wt％的C、1.2-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe，显微组织为纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：上述Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢的应用，该Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢可用于制造Mn-Si-Cr低碳贝氏体钎杆，尤其适用于制造重型钎具中的钎杆。为达到上述第三个目的，本专利技术采用下述技术方案：采用上述Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢制备Mn-Si-Cr低碳贝氏体钎杆的方法，包括以下步骤：1)制备Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢，组成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe；2)将得到的Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢加热至1000-1150℃保温，之后经过穿孔→热轧→定径→冷却至室温，得到初始钎杆；3)将得到的初始钎杆加热至650-950℃，保温2-48小时，进行均匀化处理，得到均匀化处理后的钎杆；4)将均匀化处理后的钎杆加热至850-950℃，保温1-5小时，之后进行控冷处理，得到含有纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织的钎杆；5)将含有纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织的钎杆在200-400℃保温1-24小时，得到Mn-Si-Cr低碳贝氏体钎杆。步骤2)是为了消除缩孔、偏析等冶金缺陷以及细化原奥氏体晶粒尺寸；步骤3)、4)、5)是为了控制纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织显微组织的形成。优选地，所述低碳贝氏体钢中，[H]含量小于1.5ppm，[O]含量小于15ppm。优选地，所述低碳贝氏体钢，其组成包括：0.12-0.16wt％的C、1.0-1.2wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe。优选地，所述低碳贝氏体钢，其组成包括：0.16-0.20wt％的C、1.2-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe。优选地，步骤1)制备Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢：是将原料经电炉或转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空脱气→连铸→热轧→冷却至室温，得到Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢。优选地，步骤1)制备的Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢的直径为20-80mm。按照GB10561-2005-T钢中非金属夹杂物含量的测定，测定步骤1)得到的热轧圆钢中非金属夹杂物水平，结果为：A类夹杂小于2.0，B类夹杂小于1.5，C类夹杂小于1.5，D类夹杂小于1.5。优选地，步骤2)中，穿孔温度为950-1150℃；热轧温度为800-1000℃，每道次变形量为5-10％，总轧制道次为1-5次；定径温度为800-1000℃，每道次变形量为5-10％，总轧制道次为1-5次。优选地，步骤3)中，均匀化处理次数为1-3次。优选地，步骤4)中，控冷处理是：将钎杆以0.5-30℃/s的冷却速率冷却至10-400℃，然后再升温至100-500℃，保温30-360分钟，之后再冷却至室温。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术制得的钎杆与传统钎杆相比，抗拉强度大于1200MPa，屈服强度大于900MPa，延伸率大于16％，冲击值AKV大于78J，布氏硬度HB大于380，强韧性好，机械性能均达到或优于国家标准，能满足我国凿岩钎具用钢重型钎杆的需要，使用寿命长。2、本专利技术的Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢以Mn-Si-Cr为主要合金元素，无需加入Ni、Co、W等元素，合金成本低，且碳当量不大于0.8，焊接性能好，符合我国节能减排的战略需求。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出了实施例2得到的钎杆的显微组织(光学显微镜)。图2示出了实施例4得到的钎杆的显微组织(透射电镜)。图3示出了对比例5得到的钎杆的显微组织(光学显微镜)。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例对本专利技术做进一步的说明。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mn‑Si‑Cr低碳贝氏体钢，其特征在于，该低碳贝氏体钢的组成包括：0.12‑0.20wt％的C、1.0‑1.8wt％的Si、2.00‑2.40wt％的Mn、0.10‑0.40wt％的Mo、0.30‑0.80wt％的Cr、0.04‑0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe，显微组织为纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织。

【技术特征摘要】
1.一种由Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢制备Mn-Si-Cr低碳贝氏体钎杆的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照Mn-Si-Cr低碳贝氏体钢的组成准备原料，制备Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢；2)将得到的Mn-Si-Cr低碳贝氏体热轧圆钢加热至1000-1150℃保温，之后经过穿孔→热轧→定径→冷却至室温，得到初始钎杆；3)将得到的初始钎杆加热至650-950℃，保温2-48小时，进行均匀化处理，得到均匀化处理后的钎杆；4)将均匀化处理后的钎杆加热至850-950℃，保温1-5小时，之后进行控冷处理，得到含有纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织的钎杆；5)将含有纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织的钎杆在200-400℃保温1-24小时，得到Mn-Si-Cr低碳贝氏体钎杆；该低碳贝氏体钢的组成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量为Fe，显微组织为纳米/亚微米级贝氏体/马氏体复相组织。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低碳贝氏体钢中，[H]含量小于1.5ppm，[O]含量小于15ppm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低碳贝氏体钢，其组成包括：0.12-0.16wt％的C、1.0-1.2wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40w...

【专利技术属性】
技术研发人员：高古辉，安佰锋，桂晓露，谭谆礼，白秉哲，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11