超高强高韧耐磨钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强高韧耐磨钢及其制备方法，钢的化学成分为wt％:C 0.25～0.55，Si 1.50～2.50，Mn 1.50～2.20，Cr 0.3～1.0，Mo 0.2～0.8，Re 0.01～0.1，S＜0.01,P＜0.01，其余为Fe。废钢或铁水配以合金料经电弧炉或中频感应炉熔炼，再经VOD、LF精炼，采用连铸或模铸成形。连铸坯或铸锭轧制或锻造成形，再经特殊热处理后，零件抗拉强度1800～2000MPa，延伸率16～18％，冲击韧性aku 60～80J/cm2，硬度HRC 55～62。这种超强耐磨钢不仅具有焊接性能，而且具有突出的塑性，是断后延伸率能达到18％的一种2000MPa级超高强钢。

【技术实现步骤摘要】
超高强高韧耐磨钢及其制造方法
本专利技术涉及一种1800～2000MPa级SiMnCrMoRe系中碳低合金超高强高韧耐磨钢，特别涉及一种超高强高韧耐磨钢及其制造方法。
技术介绍
冶金煤炭矿山领域对耐磨材料的需求量巨大。与耐磨铸铁相比，耐磨钢因其兼具硬度、强度和韧性的综合性能，是应用最为广泛的耐磨材料。在耐磨钢的发展历史中，已经得出明确的结论，贝氏体钢、奥氏体/贝氏体双相钢、马氏体/贝氏体双相钢等都表现出最为优异的综合性能。近年来，以硅为主要合金元素，利用硅在贝氏体转变过程中强烈抑制碳化物析出的特点，可以获得由无碳化物贝氏体铁素体和被碳、硅稳定化了的残余奥氏体组成的奥-贝双相组织，由于无碳化物消除了裂纹或剥落诱因，因而具有优异的强韧性综合力学性能，是目前世界上最为青睐的新一代高强高韧耐磨钢，但是，在稍高于该钢马氏体转变温度进行长时间(1～3星期)的过冷奥氏体低温贝氏体等温转变，虽然获得了由30100纳米级厚度的板条贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的纳米结构无碳化物贝氏体组织，并具有超高强度和较高的断裂韧性，以及较好的压缩塑性，但其等温转变速度极为缓慢。因工业生产的周期长、效率低，而且其含碳量超过0.6％，属于高碳合金钢，焊接性能差，很难得到应用。虽然在后续的研究中，加入Co和Al加速贝氏体转变速度，降低Mn比增加Co能更有效地加速贝氏体转变，而且带来显著的成本降低，但在规模化生产中，特别是大型工件的等温淬火工艺，在工业生产中很难实现。钢铁材料强韧性同时提高是材料科研工作者追求的目标之一，细化组织几乎是唯一途径。杰出性能的低温贝氏体就是因其板条厚度几十纳米而使强韧性得以同时提高。如何加快贝氏体-马氏体转变速度，又保证获得纳米级无碳化物贝氏体-马氏体组织是高强高韧钢能否实现工业应用推广的关键。除了要对钢的化学成分恰当设计外，使其具有良好的焊接性能，低的MS转变温度，保证其获得低温贝氏体转变条件，还要利用相转变形成的更多的界面缺陷，提供更多的贝氏体形核位置，加快残余奥氏体的等温贝氏体转变速度，提高工业生产效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有可焊性、可锻性，可实现工业化生产的低成本超高强高韧耐磨钢及其制造方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。本专利技术通过下述技术方案实现：一种超高强高韧耐磨钢，钢的化学成分为wt％:C0.25～0.45％，Si1.50～2.20％，Mn1.50～2.20％，Cr0.30～1.0％，Mo0.20～1.0％，Re0.01～0.1％，S＜0.01％，P＜0.01％，其余为Fe。一种超高强高韧耐磨钢的制备方法，包括：(1)电弧炉或中频感应炉冶炼，LF、VOD精炼，出钢温度1550±20℃,浇入钢锭模或连铸结晶器；(2)钢锭或连铸坯经轧制或锻造成形后成为型材或锻件，加热到930±20℃，保温1.5～3h后随炉冷却到400℃以下时出炉，进行退火处理；(3)机加工零件或锻件加热到940±20℃，保温20min到3小时后淬火；(4)淬火后的高强耐磨钢进行回火，回火温度150℃～450℃，回火时间2h～10h，回火后空冷，制备出超高强高韧耐磨钢，显微组织为无碳化物贝氏体-马氏体复相组织，其板条厚度为10～50nm，抗拉强度σb1800～2000MPa，屈服强度σs1300～1520MPa，延伸率δ16～18％，断面收缩率冲击韧性aku60～80J/cm2，硬度HRC55～62。本专利技术与现有技术相比，包括以下有益效果：现有技术中，高碳(％C0.7～0.9)低温贝氏体高强钢，其焊接性能很差，且易形成脆性相渗碳体，存在潜在脆性危险。本专利技术完全客服了现有技术的缺陷。经锻后热处理，获得10～30nm板条厚度的无碳化物贝氏体-马氏体混合组织，具有33GPa％的强塑积，抗拉强度1800～2000MPa，断后延伸率16.5～18％，断面收缩率38～42/％，冲击韧性aku60～80J/cm2，硬度HRC55～62；特别是强度为2000MPa时，断后延伸率仍能达到18％。本专利技术中，钢的可焊性和可锻性能良好，具有突出的塑性、显著的延伸率、冲击韧性和硬度，使其应用领域广泛；同时，淬火回火工艺克服了等温转变工艺时间长，效率低的弊端。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1为本专利技术中贝氏体-马氏体板条组织结构图；图2为本专利技术中热处理工艺示意；具体实施方式以下描述充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。如图1所示，为本专利技术中贝氏体-马氏体板条组织结构图；如图2所示，为本专利技术中热处理工艺示意。本专利技术在对钢的成分设计的基础上，测定了等温和连续转变曲线，确定了锻后热处理工艺。经淬火、回火热处理工艺后，用EBSD技术分析了马氏体、贝氏体和残余奥氏体的体积分数。利用高分辨透射电镜测定了贝氏体、马氏体和奥氏体的板条厚度。并测定了热处理后试样的拉伸性能、冲击韧性和硬度值，最终确定了热处理工艺，该工艺适宜工业化生产，克服了等温淬火工艺在工业化生产中的不可操作性。高强高韧耐磨钢可用于“新型高性能掘进机刀具用钢”(抗拉强度>2000MPa,热处理硬度>56HRC,冲击韧性Aku>20J)，也可制作高强螺栓，或者第三代汽车高强钢(强塑积20～40GPa％)，实现汽车的轻量化和安全性，也可锻造高强度履带板，实现装甲轻量化。实施例1利用本专利技术生产的钎杆工艺为：化学成分为wt％:C0.35％，Si1.50％，Mn1.50％，Cr0.80％，Mo0.20％，Re0.01％，S＜0.01％，P＜0.01％，其余为Fe；其制造工艺为：中频感应炉冶炼，LF精炼；精炼后出钢温度1550℃,浇入钢锭模；钢锭去头锻造成形后退火、机加工；零件加热到930℃，保温3h后,在20-40℃淬火液中淬火；淬火后重新加热到320℃，保温5h后空冷。经此热处理后，可获得板条厚度为14nm的无碳化物贝氏体-马氏体混合组织，抗拉强度1950MPa，断后延伸率18％，冲击韧性87.5J/cm2，硬度HRC55。实施例2利用本专利技术生产的先进掘进机刀杆工艺为：化学成分为wt％:C0.45％，Si2.1％，Mn1.95％，Cr0.40％，Mo0.20％，Re0.02％,S＜0.01％，P＜0.01％，其余为Fe；其制造工艺为：中频感应炉冶炼，LF精炼；精炼后出钢温度1560℃,浇入钢锭模；钢锭锻造成棒材，模锻成刀杆；高频感应加热到920℃，保温3分钟后淬火；然后加热到350℃，保温3h后空冷。经此热处理后，可获得板条厚度为20nm的无碳化物贝氏体-马氏体混合组织，抗拉强度1960MPa，冲击韧性60J/cm2，断后延伸率16.5％，硬度HRC61。实施例3利用本专利技术生产的装甲履带板的工艺为：化学成分为wt％:C0.40％，Si1.88％，Mn1.50％，Cr0.40本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强高韧耐磨钢，其特征在于，钢的化学成分为wt％:C0.25～0.45％，Si 1.50～2.20％，Mn 1.50～2.20％，Cr 0.30～1.0％，Mo 0.20～1.0％，Re 0.01～0.1％，S＜0.01％，P＜0.01％，其余为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种超高强高韧耐磨钢，其特征在于，钢的化学成分为wt％:C0.25～0.45％，Si1.50～2.20％，Mn1.50～2.20％，Cr0.30～1.0％，Mo0.20～1.0％，Re0.01～0.1％，S＜0.01％，P＜0.01％，其余为Fe。2.一种超高强高韧耐磨钢的制备方法，包括：(1)电弧炉或中频感应炉冶炼，LF、VOD精炼，出钢温度1550±20℃,浇入钢锭模或连铸结晶器；(2)钢锭或连铸坯经轧制或锻造成形后成为型材或锻件，加热到930±20℃，保温1.5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：高博扬，
申请(专利权)人：高博扬，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15