本发明专利技术提供了一种贝氏体钢及其制备方法与用途，以质量百分含量计，所述贝氏体钢由以下成分组成：C 0.20‑0.30wt％，Si 0.3‑1wt％，Mn 1.5‑1.8wt％，Cr 0.4‑0.7wt％，Mo 0.15‑0.25wt％，Ni 0.8‑1.4wt％，V 0.1‑0.15wt％，N 100‑150ppm，余量为Fe以及不可避免的杂质。所述制备方法配合所述贝氏体钢的组成，通过对冷却过程中温度进行调控，使所得贝氏体钢中的晶粒尺寸得到合理分配，使制备得到的贝氏体钢具有优良的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及冲击韧性，满足作为钢轨的用途。
【技术实现步骤摘要】
一种贝氏体钢及其制备方法与用途
本专利技术属于冶金
，涉及一种钢材，尤其涉及一种贝氏体钢及其制备方法与用途。
技术介绍
贝氏体材料以及较高的强度、韧性，优异的耐磨性和抗滚动接触疲劳的性能，得到了材料研究学者和机械制造领域企业的高度关注。组织结构以及元素组成能够决定贝氏体钢的性能，贝氏体的尺寸是决定材料强度的关键因素，同时贝氏体尺寸也影响材料的塑性与韧性。研究人员通过控制晶粒尺寸来使所得贝氏体钢兼具塑性和韧性，但不同组成贝氏体钢的处理过程不尽相同。CN110195192A公开了一种超低碳贝氏体钢，其组成包括C：0.01-0.1wt％，Mn：1.8-2.3wt％，Si：0.3-1.5wt％，Cr：0.1-0.6wt％，Ni：0.5-2wt％，Mo：0.1-0.5wt％，V：0.01-0.25wt％，其余为Fe以及不可避免的杂质元素，显微组织主要为超低碳板条贝氏体组织，各元素的含量满足：C+(Mn+Si)/6+Ni/15+(Cr+Mo+V)/50≤0.8。其制备方法为：将原料采用炼钢工艺进行冶炼、铸造得到铸坯；将铸坯依次进行加热、开坯、粗轧与精轧，得到钢轨原型；将钢轨原型以恒定冷却连续冷却至贝氏体转变温度以下，然后自然冷却至室温，进行热处理，得到超低碳贝氏体钢轨。但所述超低碳贝氏体钢需要对原料的碳含量进行调整，实现C含量为0.01-0.1wt％则会增大前处理的成本与难度，不利于工业生产。CN103820734A公开了一种贝氏体钢轨的制造方法，包括如下步骤：(1)对贝氏体钢坯进行热轧处理，热轧温度为880-930℃；(2)利用冷却装置对贝氏体钢坯进行冷却处理，所述冷却装置包括两个通气管道，两个通气管道分别设置在所述贝氏体钢坯的两侧，平行于所述贝氏体钢坯的延伸方向，任一个通气管道的横截面具有与所述贝氏体钢坯的半外轮廓一致的形状，且任一个通气管道与贝氏体钢坯之间保持宽度为0.5-1mm的间隙；通过冷却装置使处于终轧温度的贝氏体钢坯连续冷却至设定温度T，得到贝氏体钢轨。但所属制造方法需要在特定的冷却装置中进行，不利于推广应用。CN109897943A公开了一种纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢，所述组织调控方法包括：对目标钢材料进行奥氏体化；在第一温度下对奥氏体化后的目标进行第一等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第一目标比例；在第二温度下对第一等温转变后的目标钢材料进行第二等温转变，直至目标钢材料达到第二目标比例。其中的第一温度根据第一目标尺寸和目标钢材料的奥氏体的化学成分含量计算得到，且第一温度高于目标钢材料的马氏体转变温度。然后贝氏体钢的组成不同，则组织调控方法也不尽相同，因此所述阻止调控方法的实际应用限制较大，本领域技术人员难以根据上述阻止调控方法实现对特定贝氏体钢的阻止调控。因此，需要提供一种贝氏体钢及其制备方法，使本领域技术人员能够得到具有良好抗拉强度、屈服强度、冲击韧性与延伸性能的贝氏体钢。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种贝氏体钢及其制备方法与用途，通过制备方法与贝氏体钢组成的配合，使制备得到的贝氏体钢的晶粒尺寸得到合理分配，使制备得到的贝氏体钢具有优良的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及冲击韧性，满足作为钢轨的用途。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种贝氏体钢，以质量百分含量计，所述贝氏体钢由以下成分组成：C0.20-0.30wt％，Si0.3-1wt％，Mn1.5-1.8wt％，Cr0.4-0.7wt％，Mo0.15-0.25wt％，Ni0.8-1.4wt％，V0.1-0.15wt％，N100-150ppm，余量为Fe以及不可避免的杂质。本专利技术所述贝氏体钢中C的质量百分含量为0.2-0.3wt％，例如可以是0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％或0.3wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.22-0.27wt％。传统贝氏体钢中的碳会造成冲击韧性降低与造成焊接性能不佳的缺陷，但本申请通过C、V与N的配合，无需使C含量过多降低，即可实现使所得贝氏体钢具有优良强度与韧性的效果。而C含量过高或过低，都会造成所得贝氏体钢强度与韧性的降低。本专利技术所述贝氏体钢中Si的质量百分含量为0.3-1wt％，例如可以是0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.5-0.7wt％。贝氏体刚中Si元素能够与残余奥氏体形成奥氏体膜，组织锈层中酸的形成，提高所得贝氏体钢的抗腐蚀性能，且与Cr的配合可以使钢的耐候性良好。但过多的Si会抑制V(C，N)化合物的生成，不利于提高所得贝氏体钢的强度。本专利技术所述贝氏体钢中Mn的质量百分含量为1.5-1.8wt％，例如可以是1.5wt％、1.55wt％、1.6wt％、1.65wt％、1.7wt％、1.75wt％或1.8wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为1.6-1.8wt％。贝氏体钢中Mn元素的添加能够提高贝氏体钢的淬透性，使贝氏体钢在特定降温速率下能够形成性能优良的贝氏体组织；通过特定Mn元素的组成以及特定降温速率的协同配合，使所得贝氏体钢能够兼具强度与韧性，从而使所得贝氏体钢能够满足作为钢轨的要求。本专利技术所述贝氏体钢中Cr的质量百分含量为0.4-0.7wt％，例如可以是0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％或0.7wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.4-0.6wt％。贝氏体钢中的Cr元素能够起到固溶强化的作用，在0.4-0.7wt％的质量百分含量范围内，能够保证所得贝氏体钢韧性的同时，使所得贝氏体钢的内外性能均匀一致，保证贝氏体钢兼具抗拉强度、屈服强度、延伸率以及冲击韧性。本专利技术所述贝氏体钢中Mo的质量百分含量为0.15-0.25wt％，例如可以是0.15wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％、0.19wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％或0.25wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.18-0.21wt％。贝氏体钢中的Mo元素能够提高淬透性，与Mn、Cr元素相互配合，能够使所得贝氏体钢活性性能优良的贝氏体组织，且使所得贝氏体钢的性能均匀一致。但Mo元素含量过低，则无法起到与Mn与Cr的配合作用，而当Mo元素的含量过高，则不利于得到性能优良的贝氏体组织，影响所得贝氏体钢的强度与韧性。本专利技术所述贝氏体钢中Ni的质量百分含量为0.8-1.4wt％，例如可以是0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种贝氏体钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述贝氏体钢由以下成分组成：C0.20-0.30wt％，Si 0.3-1wt％，Mn 1.5-1.8wt％，Cr 0.4-0.7wt％，Mo0.15-0.25wt％，Ni0.8-1.4wt％，V 0.1-0.15wt％，N 100-150ppm，余量为Fe以及不可避免的杂质。/n
【技术特征摘要】
1.一种贝氏体钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述贝氏体钢由以下成分组成：C0.20-0.30wt％，Si0.3-1wt％，Mn1.5-1.8wt％，Cr0.4-0.7wt％，Mo0.15-0.25wt％，Ni0.8-1.4wt％，V0.1-0.15wt％，N100-150ppm，余量为Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的贝氏体钢，其特征在于，所述贝氏体钢中C+V+N的总质量百分含量≤0.55wt％。
3.根据权利要求1或2所述的贝氏体钢，其特征在在于，所述贝氏体钢由以下成分组成：C0.22-0.27wt％，Si0.5-0.7wt％，Mn1.6-1.8wt％，Cr0.4-0.6wt％，Mo0.18-0.21wt％，Ni1-1.2wt％，V0.12-0.14wt％，N120-150ppm，余量为Fe以及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-4任一项所述的贝氏体钢，其特征在于，所述不可避免的杂质包括O、S、H与P。
5.根据权利要求4所述的贝氏体钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述O的含量≤20ppm；
优选地，以质量百分含量计，所述S的含量≤20ppm；
优选地，以质量百分含量计，所述H的含量≤4ppm；
优选地，以质量百分含量计，所述P的含量≤20ppm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的贝氏体钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方量调配所述贝氏体钢的原料，并采用炼钢工艺进行依次进行转炉冶炼、LF精炼与连铸，得到铸坯；
(2)对步骤(1)所得铸坯依次进行加热、开坯、粗轧与精轧，得到所需贝氏体钢坯；
(3)缓冷步骤(2)所得贝氏体钢坯至第一温度，进行第一保温，得到第一处理料；
(4)加热步骤(3)所得第一处理料至第二温度，得到第二处理料，所述第二温度≤360℃；
(5)冷却步骤(4)所得第二处理料至第三温度，第二保温后自然冷却至室温，回火处理后得到所述贝氏体钢；所述第三温度≥210℃且＜第一温度。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵平，闫二虎，王民庆，狄崇祥，张广法，张金秀，于立岩，杜芳林，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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