一种高性能超高碳钢及复合热处理工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种既具有超细晶钢，又具有节约资源且环保的高性能超高碳钢（Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al）及复合热处理工艺，重量百分比为：碳含量1.3%～1.6%，铬含量1.3%～1.5%，硅和锰含量各为0.4%～0.6%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.6%～2.0%，其余铁。优点：一是利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化和确定制备工艺及热处理工艺提供了可供参考的理论基础，避免了盲目的试验性试验，有利于降低生产成本；二是本发明的超高碳钢成分合理，具有良好的工艺性能和力学性能。
【专利说明】一种高性能超高碳钢及复合热处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种既具有超细晶钢，又具有节约资源且环保的高性能超高碳钢(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al)及复合热处理工艺，属特种钢材制造领域。
【背景技术】
[0002]CN1417365A、名称“高强度超高碳钢及其生产工艺”，其合金成分为(重量百分比):C:1.0~2.0、Cr:0.5~2.0,Mn:0.2~0.8,Si和Al中的一种、余Fe;生产工艺包括选取合适的添加元素，用喷射成形工艺获得坯料；然后进行大变形量(压下量达50%~70%)热轧，空冷后所得材料无须调质处理，即可达到100MPa左右的屈服强度与1300MPa左右的抗张强度，并有8~11%延伸率的塑性。喷射成形坯料由于形成均匀细小的组织而具有优异的高温变形能力。由此可施行大变形量的热轧，使组织充分致密并且更为均匀细化，从而获得闻强度超闻碳钢材料。
[0003]CN102851470A、名称“一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺”，所述热处理工艺的整个过程均在空气环境条件下进行，步骤如下:(I)组分均匀化处理:将该超高碳钢升温至950-105(TC并在该温度下等温匀化退火处理，处理时间为5小时；(2)高温奥氏体化处理:将上述组分均匀化处理后的超高碳钢在860-920°C温度下进行等温处理，处理时间为30分钟；(3)高温奥氏体化后冷却处理:将高温奥氏体化处理后的超高碳钢的温度从860-920°C冷却到200-270°C，冷却速度为25_35°C /s ；(4)中温等温处理:将上述后冷却处理后的超高碳钢在2 00-280°C温下进行中温等温处理，等温处理时间为2-60分钟，使该超高碳钢等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，等温处理后水冷至室温即可。
[0004]CN1715436A、名称“一种超高碳钢的生产工艺”，所述的超高碳钢的合金成分(重量 %)为 C 1.0 ~1.8%, Si 0.5 ~3.0%, Cr 0.5 ~2.0%, Mn 0.2 ~0.7%,余 Fe,喷射成形工艺制取的超高碳钢实施形变与热处理相结合的生产工艺:将喷射成形超高碳钢放入1000°C炉内保温20分钟后取出立即轧制，单道次轧制压下量为60%;轧后迅速放入已达设定温度的热处理炉内保温150分钟后取出空冷。由上述组合生产工艺获得的超高碳钢，具有合适比例的珠光体和球化组织相配合的特殊组织结构，其抗张强度可达1300MPa，而延伸率为18.5%。本发明工艺简单，能源消耗和生产成本明显降低，有利于实现规模生产和推广应用。
【发明内容】
[0005]设计目的:避免【背景技术】中的不足之处，设计一种既具有超细晶钢，又具有节约资源且环保的高性能超高碳钢(Fe-1.5C-1.5Cr-2.0Al)及复合热处理工艺。
[0006]设计方案:为了实现上述设计目的。1、在大量文献基础上，通过理论分析，初步确定研究合金体系，并设计其成分范围。2、利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对选定超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化和确定锻造工艺及热处理工艺提供理论基础。3、采用理论分析和实验相结合的方法，提出试验用超高碳钢合理的锻造工艺，锻成组织致密无大块状碳化物的锻坯。4、研究铝元素对试验用超高碳钢先共析碳化物析出过程的影响；研究铝元素对珠光体组织及球化组织的影响；热力学计算铝元素针对试验用超高碳钢引起石墨化的临界值；分析含铝量对高温热变形性能的影响。综合考虑，提出试验用超高碳钢铝的合理添加量，即最终提出本发明用超高碳钢的合金成分。5、采用金相硬度法确定A1温度，采用膨胀法测定等温转变开始点及Ms点，为复合热处理工艺的制定提供理论根据，系统研究复合热处理工艺参数对超高碳钢微观组织及力学性能的影响，最终提出高性能超高碳钢的复合热处理工艺。
[0007]硅含量选择在0.4%~0.6%的设计目的在于:添加硅在于提高A1温度，抑制二次碳化物析出，提高钢的超塑性，改善钢的回火稳定性，但过量添加会诱发石墨化，加工过程中易产生裂纹，室温塑性低。硅是钢中的常存元素，综合考虑，硅含量选择在0.4%~0.6%，既能保证有利的影响，又方便冶炼实施。
[0008]锰含量选择在0.4%~0.6%的设计目的在于:添加锰在于提高钢的淬透性，但过量添加会导致组织粗大。锰是钢中的常存元素，综合考虑，锰含量选择在0.4%~0.6%，既能保证有利的影响，又方便冶炼实施。
[0009]铬含量选择在1.3%~1.5%的设计目的在于:添加铬主要为抑制铝的石墨化倾向并稳定碳化物，提高淬透性，但过量添加会导致材料加工、成形性变差。根据理论计算和大量的试验结果，综合考虑，铬含量选择在1.3%~1.5%。
[0010]铝含量选择在1.6%~2.0%的设计目的在于:添加铝在于提高八1温度，抑制二次碳化物析出，提高钢的超塑性，改善钢的回火稳定性，但过量添加会诱发石墨化，恶化高温热变形性能。根据理论计算和大量的试验结果，综合考虑，含铝量应取在1.6%~2.0%之间。
[0011]技术方案1:一种高性能超高碳钢，重量百分比为:碳含量1.3%~1.6%，铬含量1.3%~1.5%,硅和锰含量各为0.4%~0.6%,硫和磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%~2.0%,其余铁。
[0012]技术方案2:—种高性能超高碳钢复合热处理工艺,利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，得出重量百分比为碳含量1.3%~
1.6%，铬含量1.3%~1.5%，硅和锰含量各为0.4%~0.6%，硫和磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%~2.0%，其余铁，真空冶炼成超高碳钢铸锭待锻造用；对锻造毛坯进行复合热处理，其复合热处理工艺参数:奥氏体化温度不高于1150°C，保温时间不大于5小时，珠光体转变温度650°C左右，保温时间15分钟左右，空冷，获得无网状碳化物片层间距小于0.1 μ m的超细珠光体组织；渗碳体球化温度850°C左右，保温时间I小时左右，马氏体转变温度180~250 °C,保温时间不大于I小时，下贝氏体转变温度300°C左右，保温时间2~1小时，空冷，最终可获得具有良好综合力学性能的超细马氏体+超细下贝氏体+超细残余奥氏体+超细球状渗碳体的超细复相组织。
[0013]本发明与【背景技术】相比，一是利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，为成分优化和确定制备工艺及热处理工艺提供了可供参考的理论基础，避免了盲目的试验性试验，有利于降低生产成本；二是本发明的超高碳钢成分合理，具有良好的工艺性能和力学性能，所锻造毛坯组织致密无大块状碳化物，不经形变仅通过普通复合热处理工艺即可获得综合性能良好的超细化组织，其屈服强度大于1400MPa、抗拉强度大于1800MPa、延伸率大于5%及硬度高于550HV的高性能；三是本发明节约资源，具有环保、高性能超高碳钢的特性，进一步丰富了超高碳钢的工业应用。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:一种高性能超高碳钢，重量百分比为:碳含量1.3%~1.6%，铬含量1.3%~1.5%,硅和锰含量各为0.4%~0.6%,硫和磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%~2.0%,其余铁。
[0015]实施例2:在实施例1的基础上，碳含量1.3%，铬含量1.5%，硅和锰含量各为0.4%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.6%，其余铁。
[0016]实施例3:在实施例1的基础上，碳含量1.6%，铬含量1.3%，硅和锰含量各为0.6%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量2.0%，其余铁。
[0017]实施例4:在实施例1的基础上，碳含量1.3%，铬含量1.3%，硅和锰含量各为0.4%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.6%，其余铁。
[0018]实施例5:在实施例1的基础上，碳含量1.6%，铬含量1.5%，硅和锰含量各为0.6%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量2.0%，其余铁。
[0019]实施例6:在实施例1的基础上，碳含量1.45%~1.50%,铬含量1.40%~1.45%，硅和锰含量各为0.45%~0.55%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.8%~1.9%，其余铁。
[0020]实施例7:在实施例6的基础上，碳含量1.45%，铬含量1.45%，硅和锰含量各为0.45%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.9%，其余铁。
[0021]实施例8:在实施例6的基础上，碳含量1.50%，铬含量1.40%，硅和锰含量各为0.55%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.9%，其余铁。
[0022]实施例9:在实施例6的基础上，碳含量1.45%，铬含量1.40%，硅和锰含量各为0.45%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.8%，其余铁。
[0023]实施例10:在实施例6的基础上，碳含量1.50%,铬含量1.45%，硅和锰含量各为0.55%，硫和磷含量均小于0.02%，铝含量1.9%，其余铁。
[0024]实施例11:在上述实施例的基础上，一种高性能超高碳钢复合热处理工艺，利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算，得出重量百分比为实施例1-实施例10，真空冶炼成超高碳钢铸锭待锻造用；对锻造毛坯进行复合热处理，其复合热处理工艺参数:奥氏体化温度不高于1150°C，保温时间不大于5小时，珠光体转变温度650°C左右，保温时间15分钟左右，空冷，获得无网状碳化物片层间距小于0.1 μπι的超细珠光体组织；渗碳体球化温度850°C左右，保温时间I小时左右，马氏体转变温度180~250°C，保温时间不大于I小时，下贝氏体转变温度300°C左右，保温时间2~10小时，空冷，最终可获得具有良好综合力学性能的超细马氏体+超细下贝氏体+超细残余奥氏体+超细球状渗碳体的超细复相组织。
[0025]需要理解到的是:上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种高性能超高碳钢，其特征是重量百分比为:碳含量1.3%~1.6%，铬含量1.3%~1.5%，硅和锰含量各为0.4%~0.6%，硫和磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%~2.0%，其余铁。
2.根据权利要求1所述的高性能超高碳钢，其特征是:碳含量1.45%~1.50%，铬含量1.40%~1.45%,硅和锰含量各为0.45%~0.55%,硫和磷含量均小于0.02%,铝含量1.8%~1.9%，其余铁。
3.—种高性能超高碳钢复合热处理工艺,其特征是利用Thermo-Calc热力学计算软件系统，对超高碳钢合金体系进行热力学相图计算得出重量百分比为碳含量1.3%~1.6%，铬含量1.3%~1.5%，硅和锰含量各为0.4%~0.6%，硫和磷含量均小于0.02%,铝含量1.6%~2.0%,其余铁,真空冶炼成超闻碳钢铸淀待锻造用； 对锻造毛坯进行复合热处理，其复合热处理工艺参数:奥氏体化温度不高于1150°C，保温时间不大于5小时，珠光体转变温度650°C左右，保温时间15分钟左右，空冷，获得无网状碳化物片层间距小于0.1 μ m的超细珠光体组织； 渗碳体球化温度850°C左右，保温时间I小时左右，马氏体转变温度180~250°C，保温时间不大于I小时，下贝氏体转变温度300°C左右，保温时间2~1小时，空冷，最终可获得具有良好综合力学性能的超细马氏体+超细下贝氏体+超细残余奥氏体+超细球状渗碳体的超细复相组织。
4.根据权利要求3所述的高性能超高碳钢复合热处理工艺，其特征是:始锻温度1100°C左右，终锻温度850°C左右，在1100~950°C完成大变形量锻造，950°C以下完成修整，锻后空冷。
5. 根据权利要求3所述的高性能超高碳钢复合热处理工艺，其特征是:高性能超高碳钢屈服强度大于1400MPa、抗拉强度大于1800MPa、延伸率大于5%及硬度高于550HV的高性倉泛。
【文档编号】C22C38/18GK104178693SQ201410125241
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】陈云祥, 石淑琴, 李全福 申请人:浙江机电职业技术学院