一種2400MPa級(jí)低成本納米貝氏體鋼的制備方法
【專利摘要】一種2400MPa級(jí)低成本納米貝氏體鋼的制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。此鋼為C-Si-Mn-Al系中高碳合金，不加入Cr、Mo等價(jià)格高昂的合金元素。鍛坯經(jīng)900～1000℃保溫0.5～1小時(shí)，后直接投入鹽浴淬火爐保溫3～6個(gè)小時(shí)，可生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度2400MPa級(jí)的無碳化物納米貝氏體。此方法通過降Mn，增C、增Si的成分優(yōu)化，同時(shí)簡(jiǎn)化制備工藝，無需高溫?cái)U(kuò)散退火和熱軋過程，將鍛坯直接進(jìn)行低溫等溫?zé)崽幚砑纯傻玫阶罱K產(chǎn)品，大幅節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種2400MPa級(jí)低成本納米貝氏體鋼的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及到一種2400MPa級(jí)低成本納米貝氏體鋼及其制備工藝，其主要涉及到以較低成本制備一種超高強(qiáng)度的納米貝氏體鋼，其超細(xì)貝氏體中顯微結(jié)構(gòu)為厚度< IOOnm的薄片貝氏體鐵素體板條和分布在板條間的薄膜狀富碳?xì)堄鄪W氏體，組織中無滲碳體析出。將鍛坯直接放入爐內(nèi)于單相奧氏體區(qū)溫度保溫，進(jìn)行完全奧氏體化，后投入鹽浴淬火爐中在貝氏體相變開始溫度與馬氏體相變開始溫度之間某一較低溫度進(jìn)行等溫?zé)崽幚?，最后將鋼坯水冷至室溫即可?br> 【背景技術(shù)】
[0002]貝氏體鋼自開發(fā)問世以來，因其良好的綜合力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料中，因此對(duì)貝氏體鋼的開發(fā)成為同時(shí)提高鋼鐵材料強(qiáng)度、塑性及韌性的重要途徑。國(guó)內(nèi)外材料學(xué)者根據(jù)貝氏體相變的理論運(yùn)用不同熱處理手段開發(fā)的各種新型貝氏體鋼種，相比傳統(tǒng)貝氏體鋼有更強(qiáng)的強(qiáng)度及更好的塑(韌)性。
[0003]20世紀(jì)30年代Bain和Davenport首次發(fā)現(xiàn)鋼中存在貝氏體,人們對(duì)貝氏體相變機(jī)制的認(rèn)識(shí)也漸漸地深入。但由于貝氏體轉(zhuǎn)變的復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)手段的限制等原因，當(dāng)前貝氏體相變學(xué)仍然存在分歧。貝氏體組織形態(tài)復(fù)雜多樣，上貝氏體、下貝氏、逆貝氏體和柱狀貝氏體是各學(xué)派共同承認(rèn)的貝氏體組織。
[0004]20世紀(jì)50年代,英國(guó)人Pickering和Irvine等發(fā)明了 Mo-B系空冷貝氏體鋼，之后高強(qiáng)韌貝氏體鋼的研究得到了廣泛的重視。加入合金元素Mo、B使鋼在很寬的連續(xù)冷卻速度范圍得到貝氏體組織，但是Mo價(jià)格比較昂貴，且轉(zhuǎn)變溫度高，組織較為粗大，產(chǎn)品強(qiáng)韌性差。
[0005]20世紀(jì)70年代，清華大學(xué)方鴻生等研發(fā)出一種在正火狀態(tài)就可以獲得貝氏體組織的Mn-B系貝氏體鋼。為了降低Bs點(diǎn)，提高組織力學(xué)性能，加入Mn代替價(jià)格昂貴的Mo。Mn與B共同作用容易獲得貝氏體，并使貝氏體相變溫度降低，細(xì)化貝氏體尺寸，改善韌性和強(qiáng)度。
[0006]20世紀(jì)90年代，王貴等人向鋼中添加合金包括Mn、Mo等。組織特征為:經(jīng)過低溫回火在板條馬氏體中和貝氏體鐵素體間都析出了彌散分布的E-碳化物，產(chǎn)生第二相彌散強(qiáng)化作用。同時(shí)，未分解的殘留奧氏體由于熱穩(wěn)定化和械穩(wěn)定化具有很高的穩(wěn)定性，這樣組織中固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化和相變強(qiáng)化等得到充分發(fā)揮，使鋼獲得超高強(qiáng)度。
[0007] 近年來，Caballero和Bhadeshia等將高碳、高硅鋼在T=0.25Tm(Tm為熔點(diǎn))的低溫條件下進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)天的等溫?zé)崽幚砗?，可獲得極為細(xì)小的納米級(jí)貝氏體組織，其由厚度僅為20~40nm的極薄貝氏體鐵素體板條及其板條間富碳的薄膜狀殘余奧氏體組成。貝氏體鐵素體板條中間不是析出碳化物而是殘余奧氏體薄膜，這種鋼的亞納米超細(xì)貝氏體和少量馬氏體或殘余奧氏體組織結(jié)構(gòu)決定了其超高強(qiáng)度和良好的韌性。這種納米貝氏體鋼的極限拉伸強(qiáng)度可達(dá)2.5GPa，屈服強(qiáng)度可達(dá)1.7GPa，硬度為600~700HV，斷裂韌性為30~40MPa.m1/2。[0008]這種納米貝氏體鋼力學(xué)性能優(yōu)異，但是要獲得這種組織通常需要加入大量?jī)r(jià)格高昂的合金元素，并且在等溫淬火前需要長(zhǎng)時(shí)間的高溫?cái)U(kuò)散退火，其大體制備工藝流程為:鍛坯的均勻化退火一爐冷至室溫一加熱到一定溫度進(jìn)行奧氏體化一長(zhǎng)時(shí)間的等溫?zé)崽幚硪焕渲潦覝?，該工藝制備時(shí)間過長(zhǎng)，制備成本過高。因此，本發(fā)明通過優(yōu)化其成分設(shè)計(jì)，降低其C、Mn含量，同時(shí)加入S1、Al等較為廉價(jià)的合金元素，此舉不僅直接減少了添加合金元素的成本，而且由于其較低的合金元素含量，可以不進(jìn)行均勻化退火直接進(jìn)行熱處理，從而大幅節(jié)約了制備成本。這樣就獲得了低成本，高強(qiáng)度的納米貝氏體鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于利用合金成分優(yōu)化和制備工藝簡(jiǎn)化相結(jié)合，生產(chǎn)一種低成本的納米貝氏體鋼。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0011]一種2400MPa級(jí)低成本納米貝氏體鋼的制備方法，貝氏體鋼化學(xué)質(zhì)量百分比如下:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種2400MPa級(jí)低成本納米貝氏體鋼的制備方法，其特征在于化學(xué)質(zhì)量百分比如下: C 0.50-1.00%； Si 2.00 ~3.00%; Mn 0.30 ~0.50%; Al 0.50-1.00%； 其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；包括以下制備步驟: 1)制備鍛坯，按照上述化學(xué)成分質(zhì)量百分比稱取原料，進(jìn)行冶煉、鑄造、鍛造； 2)鍛坯無需進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火直接在900~1000°C加熱，經(jīng)過0.5~I小時(shí)均熱保溫后取出； 3)將取出的鍛坯迅速投入鹽浴淬火爐，爐溫200~300°C，保溫時(shí)間3~6小時(shí)，保溫后直接水淬冷卻至室溫。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK103898299SQ201410135887
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】趙愛民, 趙復(fù)慶, 何建國(guó), 黃耀, 智超, 汪小培, 武會(huì)賓, 趙征志, 唐荻 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)