本發(fā)明涉及鐵基合金領(lǐng)域，具體涉及一種馬氏體鋼及其結(jié)構(gòu)硬化處理方法。
背景技術(shù)：
鋼材是以鐵元素為主，含有碳、鉻、鎳、錳、鈦等多種化學(xué)元素而組成的合金材料。根據(jù)鋼材微觀金相結(jié)構(gòu)組織的不同，可以分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼及奧氏體鋼等種類。馬氏體鋼是碳元素在α-fe中的過(guò)飽和固溶體組織，其晶體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為體心立方結(jié)構(gòu)，其三維金相組織通常呈現(xiàn)為片狀或者板條狀，二維觀察中則主要顯現(xiàn)為針狀結(jié)構(gòu)。馬氏體鋼通常具有很高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其硬度和屈服強(qiáng)度非常高，而其塑性和韌性則較差，呈現(xiàn)出又硬又脆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于馬氏體鋼具有非常高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，通常用作受力結(jié)構(gòu)件的制作材料，同時(shí)又能夠耐受海水、淡水以及蒸汽的弱腐蝕，可以用于蒸汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)、餐具、外科手術(shù)器械的加工制作等方面。
從使用角度出發(fā)，人們通過(guò)各種方法來(lái)提高馬氏體鋼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。利用固溶體強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、耐熱強(qiáng)化以及時(shí)效處理等手段均能夠達(dá)到增強(qiáng)馬氏體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目標(biāo)。
中國(guó)專利cn201010224167.8公開(kāi)了一種馬氏體耐磨鑄鋼，該發(fā)明獲得的馬氏體耐磨鑄鋼由碳、硅、磷、硫、錳、鉻、鉬以及鐵元素構(gòu)成，能夠滿足耐磨的要求。但是該專利未闡明對(duì)馬氏體鋼的熱處理過(guò)程，容易由于熱應(yīng)力集中造成鋼材開(kāi)裂，影響使用。
因此，需要從固溶體晶體結(jié)構(gòu)控制及時(shí)效處理等方面綜合處理，發(fā)明一種提高馬氏體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的處理方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種馬氏體鋼及其結(jié)構(gòu)硬化處理方法。
本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種馬氏體鋼，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr12.6％～14.2％，mn0.8％～1.7％，ni0.6％～1.4％，c0.45％～0.85％，si0.85％～1.05％，mo1.25％～1.95％，v0.05％～0.15％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。
進(jìn)一步地，馬氏體鋼由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr13.2％～14.0％，mn0.85％～1.12％，ni0.75％～1.15％，c0.48％～0.71％，si0.85％～0.90％，mo1.30％～1.45％，v0.05％～0.10％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。
進(jìn)一步地，不可避免的雜質(zhì)中s元素含量≤0.002％，p元素含量≤0.003％。
本發(fā)明的另一發(fā)明目的，在于提供一種上述馬氏體鋼的結(jié)構(gòu)硬化處理方法，包括以下步驟
步驟s1，礦石冶煉：將所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的cr、mn、ni、c、si、mo、v、fe單質(zhì)加入到轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行冶煉，熔化形成1360℃～1420℃的鐵水，繼續(xù)升溫達(dá)到出鋼溫度；
步驟s2，澆鑄成型：將步驟s1得到的達(dá)到出鋼溫度的鐵水進(jìn)行砂型澆鑄，澆鑄時(shí)保持50℃～70℃的過(guò)熱度，澆鑄速度為0.5m/s～1.0m/s，鑄滿型模后自然降溫至1240℃～1310℃，然后快速冷卻至980℃～1050℃，保溫1h～3h，自然降溫至850℃～920℃，保溫8h～12h，得到鋼坯；
步驟s3，時(shí)效處理：將步驟s2得到的鋼坯出爐進(jìn)行淬火處理，待溫度降至320℃～380℃，進(jìn)行人工時(shí)效10h～12h，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的馬氏體鋼。
進(jìn)一步地，步驟s1中，出鋼溫度為1480℃～1520℃。
進(jìn)一步地，步驟s2中，快速冷卻的冷卻速率為30℃/s～35℃/s。
進(jìn)一步地，步驟s3中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的馬氏體鋼的表面洛氏硬度不低于hrc62，內(nèi)部洛氏硬度不低于hrc57。
進(jìn)一步地，步驟s3中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的馬氏體鋼的平均斷裂韌性為55mpa·m1/2～80mpa·m1/2。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
1.本發(fā)明制得的馬氏體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，硬度和屈服強(qiáng)度得到明顯提高；
2.本發(fā)明采用的馬氏體鋼結(jié)構(gòu)硬化處理方法操作簡(jiǎn)便，控制程度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；
3.本發(fā)明采用的馬氏體鋼結(jié)構(gòu)硬化處理方法具有廣泛的適用性。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
實(shí)施例1
一種馬氏體鋼，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr12.6％，mn0.8％，ni0.6％，c0.45％，si0.85％，mo1.25％，v0.05％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，不可避免的雜質(zhì)中s元素含量為0.002％，p元素含量為0.003％。
實(shí)施例2
一種馬氏體鋼，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr14.2％，mn1.7％，ni1.4％，c0.85％，si1.05％，mo1.95％，v0.15％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，不可避免的雜質(zhì)中s元素含量為0.001％，p元素含量為0.001％。
實(shí)施例3
一種馬氏體鋼，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr13.4％，mn1.25％，ni1.0％，c0.65％，si0.95％，mo1.6％，v0.1％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，不可避免的雜質(zhì)中s元素含量為0.0005％，p元素含量為0.002％。
實(shí)施例4
一種馬氏體鋼，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr13.2％，mn0.85％，ni0.75％，c0.48％，si0.85％，mo1.30％，v0.05％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，不可避免的雜質(zhì)中s元素含量為0.0015％，p元素含量為0.0015％。
實(shí)施例5
一種馬氏體鋼，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素組成：cr14.0％，mn1.12％，ni1.15％，c0.71％，si0.90％，mo1.45％，v0.10％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，不可避免的雜質(zhì)中s元素含量為0.001％，p元素含量為0.001％。
實(shí)施例6
一種馬氏體鋼的結(jié)構(gòu)硬化處理方法，包括以下步驟
步驟s1，礦石冶煉：將所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的cr、mn、ni、c、si、mo、v、fe單質(zhì)加入到轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行冶煉，熔化形成1360℃的鐵水，繼續(xù)升溫達(dá)到出鋼溫度；其中，出鋼溫度為1480℃；
步驟s2，澆鑄成型：將步驟s1得到的達(dá)到出鋼溫度的鐵水進(jìn)行砂型澆鑄，澆鑄時(shí)保持50℃的過(guò)熱度，澆鑄速度為0.5m/s，鑄滿型模后自然降溫至1240℃，然后快速冷卻至980℃，保溫1h，自然降溫至850℃，保溫8h，得到鋼坯；其中，快速冷卻的冷卻速率為30℃/s；
步驟s3，時(shí)效處理：將步驟s2得到的鋼坯出爐進(jìn)行淬火處理，待溫度降至320℃，進(jìn)行人工時(shí)效10h，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的馬氏體鋼。
針對(duì)本實(shí)施例制得的韌性增強(qiáng)奧氏體鋼根據(jù)gb/t20878-2007標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其表面洛氏硬度、內(nèi)部洛氏硬度和平均斷裂韌性，測(cè)試結(jié)果為：
實(shí)施例7
一種馬氏體鋼的結(jié)構(gòu)硬化處理方法，包括以下步驟
步驟s1，礦石冶煉：將所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的cr、mn、ni、c、si、mo、v、fe單質(zhì)加入到轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行冶煉，熔化形成1420℃的鐵水，繼續(xù)升溫達(dá)到出鋼溫度；其中，出鋼溫度為1520℃；
步驟s2，澆鑄成型：將步驟s1得到的達(dá)到出鋼溫度的鐵水進(jìn)行砂型澆鑄，澆鑄時(shí)保持70℃的過(guò)熱度，澆鑄速度為1.0m/s，鑄滿型模后自然降溫至1310℃，然后快速冷卻至1050℃，保溫3h，自然降溫至920℃，保溫12h，得到鋼坯；其中，快速冷卻的冷卻速率為35℃/s；
步驟s3，時(shí)效處理：將步驟s2得到的鋼坯出爐進(jìn)行淬火處理，待溫度降至380℃，進(jìn)行人工時(shí)效12h，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的馬氏體鋼。
針對(duì)本實(shí)施例制得的韌性增強(qiáng)奧氏體鋼根據(jù)gb/t20878-2007標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其表面洛氏硬度、內(nèi)部洛氏硬度和平均斷裂韌性，測(cè)試結(jié)果為：
實(shí)施例8
一種馬氏體鋼的結(jié)構(gòu)硬化處理方法，包括以下步驟
步驟s1，礦石冶煉：將所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的cr、mn、ni、c、si、mo、v、fe單質(zhì)加入到轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行冶煉，熔化形成1390℃的鐵水，繼續(xù)升溫達(dá)到出鋼溫度；其中，出鋼溫度為1500℃；
步驟s2，澆鑄成型：將步驟s1得到的達(dá)到出鋼溫度的鐵水進(jìn)行砂型澆鑄，澆鑄時(shí)保持60℃的過(guò)熱度，澆鑄速度為0.75m/s，鑄滿型模后自然降溫至1270℃，然后快速冷卻至1010℃，保溫2h，自然降溫至880℃，保溫10h，得到鋼坯；其中，快速冷卻的冷卻速率為32℃/s；
步驟s3，時(shí)效處理：將步驟s2得到的鋼坯出爐進(jìn)行淬火處理，待溫度降至350℃，進(jìn)行人工時(shí)效11h，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的馬氏體鋼。
針對(duì)本實(shí)施例制得的韌性增強(qiáng)奧氏體鋼根據(jù)gb/t20878-2007標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其表面洛氏硬度、內(nèi)部洛氏硬度和平均斷裂韌性，測(cè)試結(jié)果為：
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。