專利名稱：一種具有硬化表面層的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種馬氏體鑄鋼的制備方法，屬于鋼制造領域，尤其涉及一種同時具有高強度和高塑韌性、并且表面硬度高的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法。
背景技術：
在耐磨材料生產(chǎn)中，中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼占有相當大的比重。中低碳馬氏體鋼通常用于高強度的調(diào)質(zhì)鋼，具有很高的強度和韌性，淬透性較高，冷變形塑性中等，切削加工性能良好。由于它不含貴金屬元素，價格便宜，多用于制造高負荷、高速的各種重要零件，如齒輪、軸、離合器、鏈輪、砂輪軸、軸套、螺栓、螺母等，也用于制造耐磨、工作溫度不高的零件，變載荷的焊接構(gòu)件，如高壓鼓風機的葉片、閥板以及非腐蝕性管道管子，還應用于航空飛機軸、梁和起落架等以及航天火箭、原子能工業(yè)等關鍵承力構(gòu)件，是最早商品化的一·類低合金超高強度鋼。眾所周知，馬氏體有兩種亞結(jié)構(gòu)，一種孿晶馬氏體，其硬度高脆性大；一種為位錯馬氏體，其硬度高韌性好。國內(nèi)馬氏體耐磨鋼不含Ni，且鑄鋼成分不均勻，故孿晶馬氏體含量比例較高，韌性初步不足。另外，中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼有回火脆性傾向，傳統(tǒng)熱處理工藝一般為淬火后再進行回火處理。但是傳統(tǒng)的熱處理工藝不能兼顧高強度與良好塑韌性的要求若降低回火溫度保持其抗拉強度1500-1600MPa左右，則塑性較低(延伸率僅3% -6%左右)、裂紋敏感性很高易發(fā)生低應力脆斷；若提高回火溫度可改善塑性(延伸率> 10%)，但強度大幅下降至1000-1100MPa。為此，需要開發(fā)簡便易行的不完全淬火-等溫配分熱處理新工藝，在保證適當塑性的前提下大幅提高鋼的拉伸強度，或者在保證高強度的同時顯著改善塑性和韌性，從而實現(xiàn)高強度、高塑韌性的不同配合。另外，中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼大多用于承受多種工作載荷，受載情況比較復雜，要提高工件表面的承載能力，需要對其表面進行硬化處理，而傳統(tǒng)的硬化處理工藝，如滲碳、氮化等表面化學處理和感應表面淬火、火焰表面淬火等，都存在熱處理后工件表面變形較大等問題，從而影響工件的精度和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術中存在的不足之處，提供了一種具有硬化表面層的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法。本發(fā)明的技術方案為一種具有硬化表面層的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
I)根據(jù)以下組分配置原料(Wt%)
C 0. 26 0. 4Si :0. 95 I. 3Mn :0. 70 I. 20Cr 0. 70 I. 10雜質(zhì)〈0. 05
余量為Fe ；
在中頻無芯感應爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達到158(Tl600°C加入硅鐵、錳鐵，硅鐵、錳鐵料塊大小為5(T60mm，然后進行熔煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件，冷卻后進行清砂、打磨表面處理；
3)將制得的鑄件鋼在830°C 860°C的溫度下保溫550 600s完成全部奧氏體化處
理；·
4)經(jīng)過步驟3)后，再在180 230°C溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s 240s ；
5)將經(jīng)過步驟4)處理的鋼件，在340°C 430°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s 300s，然后再淬火至室溫；
6)在氬氣的環(huán)境下，采用橫流、管板式、多模連續(xù)二氧化碳激光器對鋼件表面進行掃描式加熱，掃描速度為14mm/s，激光器的功率為150W，氬氣的流量為5 15L/min。本發(fā)明通過大量試驗，先通過適當?shù)慕M分及配比制得中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼鑄件，然后在熱處理工藝中，將制得的鑄件鋼加熱至830°C 860°C，即高于Ac3以上40°C 70°C的溫度下保溫550 600s，以完成全部奧氏體化處理，其中Ac3為亞共析鋼加熱時，所有鐵素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度；然后在180 230°C，即低于鑄鋼的上馬氏體點Ms以下120-70°C的溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s 240s，得到部分馬氏體和未轉(zhuǎn)變奧氏體，然后在340°C 430°C的溫度區(qū)間內(nèi)保溫，使碳從先形成馬氏體向未轉(zhuǎn)變奧氏體中擴散并使之穩(wěn)定化，最后淬火到室溫，得到由馬氏體和富碳奧氏體組成的復相組織。相對于傳統(tǒng)淬火回火工藝，本發(fā)明的熱處理工藝能使馬氏體鋼在保持強度水平的前提下明顯改善塑韌性。最后，通過激光對鋼件表面進行硬化處理，使得鋼件表面的性能進一步提升，而且采用激光表面淬火工藝，其加熱、冷卻速度快，不需要外部淬火介質(zhì)，工件變形小，工作環(huán)境潔凈，處理后不需要其他加工工序。本發(fā)明的有益效果在于，經(jīng)本發(fā)明的方法制得的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的拉伸強度達1600MPa以上，同時塑性為10%以上，并且表面激光淬火區(qū)的平均硬度為570-600HV,明顯高于基體硬度450HV。在保證該系列鋼種保持高強度的同時兼具一定的塑性，且綜合力學性能比傳統(tǒng)淬火回火熱處理工藝顯著提高。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例I
I)根據(jù)以下組分配置原料(Wt%)
C 0. 26 Si 0. 95 Mn 0. 70 Cr 0. 70 雜質(zhì)〈0. 05余量為Fe ；
在中頻無芯感應爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達到1580°C加入娃鐵、猛鐵，娃鐵、猛鐵料塊大小為60mm,然后進行溶煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件，冷卻后進行清砂、打磨表面處理；
3)將制得的鑄件鋼在830°C的溫度下保溫550s完成全部奧氏體化處理；
4)經(jīng)過步驟3)后，再在180°C溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s；
5)將經(jīng)過步驟4)處理的鋼件，在340°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s，然后再淬火至室溫；
6)在氬氣的環(huán)境下，采用橫流、管板式、多模連續(xù)二氧化碳激光器對鋼件表面進行掃描式加熱，掃描速度為14mm/s，激光器的功率為150W，氬氣的流量為5L/min。
經(jīng)過上述步驟，得到的鋼件為由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復相組織，經(jīng)測試，抗拉強度為1640MPa，并且塑性達到11. 9%，并且表面激光淬火區(qū)的平均硬度為570HV，明顯高于基體硬度。實施例2
1)根據(jù)以下組分配置原料(wt%)
C 0. 28
Si 1. I Mn :0. 90 Cr 0. 95 雜質(zhì)〈0. 05 余量為Fe ；
在中頻無芯感應爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達到1590°C加入娃鐵、猛鐵，娃鐵、猛鐵料塊大小為50mm,然后進行溶煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件，冷卻后進行清砂、打磨表面處理；
3)將制得的鑄件鋼在840°C的溫度下保溫580s完成全部奧氏體化處理；
4)經(jīng)過步驟3)后，再在210°C溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫180s；
5)將經(jīng)過步驟4)處理的鋼件，在390°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫230s，然后再淬火至室溫；
6)在氬氣的環(huán)境下，采用橫流、管板式、多模連續(xù)二氧化碳激光器對鋼件表面進行掃描式加熱，掃描速度為14mm/s，激光器的功率為150W，氬氣的流量為15L/min。經(jīng)過上述步驟，得到的鋼件基體為由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復相組織，經(jīng)測試，抗拉強度為1730MPa，并且塑性達到13. I %，并且表面激光淬火區(qū)的平均硬度為600HV，明顯高于基體硬度。實施例3
I)根據(jù)以下組分配置原料(wt%)
C O. 4 Si I. 3 Mn I. 20 Cr I. 10 雜質(zhì)〈0. 05 余量為Fe ；在中頻無芯感應爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達到1600°C加入娃鐵、猛鐵，娃鐵、猛鐵料塊大小為60mm,然后進行溶煉合金化；
2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件，冷卻后進行清砂、打磨表面處理；
3)將制得的鑄件鋼在860°C的溫度下保溫600s完成全部奧氏體化處理；
4)經(jīng)過步驟3)后，再在230°C溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫240s；
5)將經(jīng)過步驟4)處理的鋼件，在440°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s 300s，然后再淬火至室溫；
6)在氬氣的環(huán)境下，采用橫流、管板式、多模連續(xù)二氧化碳激光器對鋼件表面進行掃描式加熱，掃描速度為14mm/s，激光器的功率為150W，氬氣的流量為15L/min。
經(jīng)過上述步驟，得到的鋼件基體為由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復相組織，經(jīng)測試，抗拉強度為1710MPa，并且塑性達到12.7%，并且表面激光淬火區(qū)的平均硬度為590HV，明顯高于基體硬度。
權利要求
1.一種具有硬化表面層的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)根據(jù)以下組分配置原料(Wt%)C 0. 26 O. 4Si :0. 95 I. 3Mn :0. 70 I. 20Cr :0. 70 I. 10雜質(zhì)〈0. 05余量為Fe ； 在中頻無芯感應爐熔煉，先熔煉碳素鋼，鉻鐵隨料裝入，爐料熔清后，爐溫達到158(Tl600°C加入硅鐵、錳鐵，硅鐵、錳鐵料塊大小為5(T60mm，然后進行熔煉合金化； 2)用鋁脫氧后出爐，采用粘土砂、潮型，澆鑄成鑄件，冷卻后進行清砂、打磨表面處理； 3)將制得的鑄件鋼在830°C 860°C的溫度下保溫550 600s完成全部奧氏體化處理； 4)經(jīng)過步驟3)后，再在180 230°C溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s 240s ； 5)將經(jīng)過步驟4)處理的鋼件，在340°C 430°C的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s 300s，然后再淬火至室溫； 6)在氬氣的環(huán)境下，采用橫流、管板式、多模連續(xù)二氧化碳激光器對鋼件表面進行掃描式加熱，掃描速度為14mm/s，激光器的功率為150W，氬氣的流量為5 15L/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有硬化表面層的中低碳鉻硅錳馬氏體鑄鋼的制備方法，包括如下組分(wt%)C0.26～0.4、Si0.95～1.3、Mn0.70～1.20、Cr0.70～1.10、雜質(zhì)<0.05、余量為Fe；然后通過熔煉——鑄件——清砂打磨——830℃～860℃的溫度下保溫550～600s——在180～230℃溫度下進行等溫淬火或者不完全淬火，保溫120s～240s——在340℃～430℃的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫180s～300s——淬火至室溫——橫流、管板式、多模連續(xù)二氧化碳激光器對鋼件表面進行掃描式加熱的步驟制備而成；經(jīng)本發(fā)明的方法處理后的鋼件保持高強度的同時兼具一定的塑性，同時表面硬度高，并且工件保持不變形，綜合力學性能比傳統(tǒng)工藝顯著提高。
文檔編號C21D1/18GK102876981SQ20121039313
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者夏雨 申請人:夏雨