低碳贝氏体钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低碳贝氏体钢及其制备方法，低碳贝氏体钢包括（质量百分比）：０．１２～０．４３％的碳，１．０～２．６％的锰，１～２％的硅，０～０．８％的铬，０～０．０５％的硫、０～０．０５％的磷、铁；制备步骤：（１）配料：（２）熔炼温度１５００－１６００℃，电磁搅拌，浇铸；（３）碱性水溶液中余热淬火处理，淬火温度８８０～９４０℃；碱性水溶液ｐＨ值９～１４，密度１．００～１．６５；本发明专利技术低碳贝氏体钢具有高强韧性和高耐磨性，广泛应用于工程机械、桥梁、舰船、集装箱、压力容器等诸多领域。方法操作简单，成本低，效率高，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属贝氏体钢领域，特别是涉及一种。技术背景贝氏体组织自20世纪20年代末，Robertso首次发现以来，国内外材料科学工作者就 致力于贝氏体组织和贝氏体相变理论的研究及贝氏体钢的开发应用。50年代出现了 Mo-B 系贝氏体钢，70年代出现了Mn-B系贝氏体钢。因它既具有优良的耐磨性，又有高的强韧 性，在矿山、冶金、电力、建材、化工等领域得到了初步应用，尤其是在耐磨钢球、刮板、 耐磨传输管材等零件上取得了较好的应用效果。目前贝氏体钢的制备方法主要有等温热处 理法和合金化法，前者生产工序多、工艺复杂、生产效率低；后者因为要加入较多的贵重 金属，使得成本大大增加。而且在既有高耐磨性要求，又有高强度、高韧性要求时，普通 贝氏体钢还是不能满足要求。低碳贝氏体钢是近几十年来发展的新钢系，被誉为环保型绿 色钢种，已广泛应用于工程机械、桥梁、舰船、集装箱、压力容器等诸多领域。它成分上 采用低碳，复合加入合金元素。因此，钢的强度除了依靠碳含量以外，还通过位错强化和 微合金强化来完成，获得高密度位错亚结构的均匀细小的贝氏体组织，具有高强度、超韧 性和良好的焊接性能。传统的贝氏体钢中， 一般加入的是V、 Mo、 Mn、 B、 Cr等合金元素， 由于Mo、 B等合金价格昂贵，使低碳贝氏体钢的制造成本相对较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，低碳贝氏体钢具 有高强韧性和高耐磨性，广泛应用于工程机械、桥梁、舰船、集装箱、压力容器等诸多领 域。方法操作简单，成本低，效率高，适合工业化生产。本专利技术的一种低碳贝氏体钢，含有质量百分比0.12 0.43%的碳，1.0 2.6%的锰， 1 2%的硅，0 0.8%的铬，0 0.05%的硫或磷，余量为铁。本专利技术的一种低碳贝氏体钢的制备方法，包括如下步骤(1) 配料 按照上述质量百分比配料；(2) 熔炼将配好的原料在中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1500-160(TC，等原料熔化 后，再进行10-20min的电磁搅拌，以使合金成分更加均匀。等电磁搅拌结束之后进行浇 铸，浇铸温度在1500-1580°C;(3) 热处理利用工件浇注时的余热进行淬火处理，淬火温度为880 94(TC;淬火液为碱性水溶液， ra值为9 14，密度为1.00 1.65;(4) 金相观察用线切割机分别取外部和心部O4X10mm的小样进行镶嵌，采用不同粒度砂纸打磨， 然后进行抛光，最后用4%的硝酸酒精进行表面腐蚀。在奥林巴斯光学显微镜或者其它高 倍率光学显微镜下面进行相界面观察分析，并做TEM确认其组织。最后观察分析得出金相 组织由90%的针状下贝氏体和少部分马氏体组成。(5) 性能测试在万能试验机上进行机械性能测定并计算，最后得出屈服强度o。.2〉800MPa，抗拉强度ob: 800 2000MPa，延伸率S : 15 20%，冲击韧性Ak>50J/cm2,断面收縮率nr〉45% 。为了降低低碳贝氏体钢的制造成本，本专利技术采用廉价的Si、 Mn、 Cr元素，合金总量控制在5%以内，在保证低成本的同时，获得良好的高强韧性贝氏体钢。该高强韧性贝氏体钢的成分设计如下 碳含量的设计C是钢强化的主要元素，但较易产生脆性和应力，为了满足一定的硬度和韧性，C含量 定为0.18 0.35% (质量分数)。 锰含量的设计Mn在一定含量时，使过冷奥氏体等温转变曲线上存在明显的上下C曲线分离，适量的 Mn在中温下的相界处富集时，对相界迁移起拖曳作用，同时显著降低贝氏体的相变驱动力， 使贝氏体相变温度降低，是保证获得小贝氏体尺寸的主要因素。Mn与Si共同作用可获得 高强度、高硬度的同时，仍具有较高的韧性，但含量过高将增加碳含量，因此Mn含量定 为1.0 2.6% (质量分数)。硅含量的设计Si在贝氏体转变过程中有强烈抑制碳化物析出的特点，使贝氏体不易析出碳化物。但 含量过高，会促使自由铁素体的析出，将对强韧性产生负面作用，因此Si含量定为l 2% (质量分数)。铬含量的设计Cr能提高基体的抗磨性和提高淬透性，且能扩大CCT曲线的贝氏体相变区，提高了过 冷奥氏体的稳定性，因Cr较昂贵，为了节约成本，固将Cr含量定为0 0.8% (质量分硫、磷含量的确定S、 P元素有助于改善切削加工性能，但如果S、 P含量超过0.05M，将产生严重的偏 析，影响钢的均质性，因此S、 P的含量控制在0.05X之内。低碳贝氏体钢的化学成分W (B) /%元素cMnSiCrSP含量0. 12 0. 431.0 2.61 20 0. 8《0. 05《0. 05为了减少生产工序并使工艺简单化，提高生产效率，同时获得贝氏体组织，热处理方式采用工件浇注时的余热进行淬火处理，淬火温度控制在8 80 940°C，淬火介质为碱性水 溶液，ffl值为9 14，密度为1.00 1.65。最后选择组份生产一种低碳贝氏体钢，含有质量百分比0.36%的碳，1.8%的锰， 1.46%的硅，0.6%的铬，0.02%的硫，0.02%的磷，余量为铁。 有益效果1.低碳贝氏体钢集高强韧性、高耐磨性等优良性能于一身，很好的化解了强度和韧性之 间的关系。2，低碳贝氏体钢的制造方法简单，成本低，效率高，十分适合工业化生产。3.低碳贝氏体钢用途广泛，应用于工程机械、桥梁、舰船、集装箱、压力容器等诸多领域。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。实施例1<table>table see original document page 5</column></row><table> 所配好的原料在中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1600'C，等原料熔化后，再 进行10min的电磁搅拌，以使合金成分更加均匀。等电磁搅拌结束之后进行浇铸，浇铸温 度在1550°C。 3、热处理浇铸后所得的试样温度冷却到92(TC时，直接置于PH值为10，,密度为1.05之间 的碱性水溶液中淬火。 4、金相观察用线切割机分别取外部和心部①4X10mm的小样进行镶嵌，采用不同粒度砂纸打磨， 然后进行抛光，最后用4%的硝酸酒精进行表面腐蚀。在奥林巴斯光学显微镜或者其它高 倍率光学显微镜下面进行相界面观察分析，并做TEM确认其组织。最后观察分析得出金相 组织由90%的针状下贝氏体和少部分马氏体组成。 5、性能测试-在万能试验机上进行机械性能测定并计算，最后得出屈服强度o。.2〉800MPa，抗拉强度 ob: 800 2000MPa，延伸率S : 15 20%，冲击韧性Ak〉50J/cm2，断面收縮率V〉45X。实施例23、配料按照下表质量百分比进行配料，其余为Fe。元素cMnSiCrSP含量(%)0. 432.620.8《0.05《0. 054、熔炼:所配好的原料在中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为150(TC，等原料熔化后，再 进行20min的电磁搅拌，以使合金成分更加均匀。等电磁搅拌结束之后进行浇铸，浇铸温 度在1580°C。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低碳贝氏体钢，含有质量百分比：０．１２～０．４３％的碳，１．０～２．６％的锰，１～２％的硅，０～０．８％的铬，０～０．０５％的硫、０～０．０５％的磷，余量为铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：季诚昌，潘金平，朱世根，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]