CN1019030B - 空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢 - Google Patents
空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢Info
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Abstract
本发明涉及一种新型合金钢种，名称为空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢。本发明钢种以碳、锰、硅、铭、硼和铪为主要合金元素，不需要淬火，在空冷条件下可获贝氏体/马氏体复相组织。本发明钢制造铸钢件具有良好的铸造性能及较高的淬透性，可制造各种矿山用耐磨件，也可在锻轧态使用，可制造各种高强度零件，本钢种在钢材或零件热加工(如锻、轧、热弯或气割成型等工艺)后空冷硬化，免除了一般的再次加热淬火或淬回火工序等其它热处理。
Description
本发明涉及冶金领域，属于空冷贝氏体/马氏体复相钢。
钢中贝氏体/马氏体复相组织是具有良好强韧性配合的组织。一般获得良好的强韧性是采用调质钢（如42CrMo，35CrMoSi，40CrMnMo，40Cr，27SiMn等），但这些钢种的工艺复杂，需加热到高温进行水淬，然后再进行高温回火后使用。
专利号为No.86103008和No.86103009的中国专利克服了上述缺点，但这些钢种中Cr，Si元素含量低，钢的淬透性小，只能制造尺寸较小的零部件，它们的淬透直径小于30mm。
为克服上述缺点，如价格昂贵、工艺复杂、淬透性低等，因而提出了本发明钢。本发明钢具有良好的强韧性、切削性、耐磨性、深冲性和成型性。
本发明钢制造铸钢件具有良好的铸造性能及较高的淬透性。可制造各种矿山用耐磨件，如冲击板、刮板、衬板、耐磨钢球及各种零件。用本发明制造铸钢件可显著提高强度、减轻重量、节约材料、提高寿命，可代替价格昂贵的高锰钢。
本发明钢种也可在锻轧态使用，可制造各种弹簧、模具、磨球、刮板、衬板、齿条、截齿、支架、抽油杆、轴类另件，紧固件及各种高强度零件，以及钢板、钢管及各种型钢及深冲用贝氏体型双相钢钢板等。
本发明钢种淬透性高，可制造各种大尺寸的零部件。
本钢种在钢材或零件热加工（如锻、轧、热弯或气割成型等工艺）后空冷硬化，免除了一般的再次加热淬火或淬回火工序或其它热处理。
本钢种在热加工后的空冷过程中仍可进行各种热成型工序，可将热加工与贝氏体形成的两个过程合二为一（如大型螺旋簧的制造过程等）。
由于简化了工艺，减少了加热次数，所以减少了由于多次加热而产生的各种缺陷。如变形、开裂、氧化、脱碳等，并节约能源，降低费用，提高了经济
效益，减少了环境污染。
本发明钢以Mn，Si，CR，B，Hf作为主要合金元素。不需要淬火，在空冷条件下可获得贝氏体/马氏体复相组织。合金元素Hf的加入方法是在冶炼还原期充分脱O2，造白渣，并保持白渣半小时左右，然后加入Hf。如果有炉外精炼设备，可抽真空后，喷粉加入Hf，效果更好。Hf的加入量与钢的具体用途有关。Hf的加入可使强度及韧性提高，使之具有良好强韧性配合。
为了获得高的淬透性，钢中加入的合金元素必须具有合适的比例，本发明钢的重要特点是（Mn+Si）≥3%，这是保证得到高淬透性的关键。
本发明钢的成分（重量%）为：
C 0.04～1.2
Mn 2.1～3.5
Si 0.1～0.6
（Mn+Si） ≥3.0
Cr 0.1～12
B 0.0005～0.005
Hf 0.0005～0.3
余为Fe。
在上述成分基础上加入一种或一种以上下列元素：
W 0.001～2.0 Mo 0.001～2.0 Nb 0.001～0.30
V 0.001～0.3 S 0.001～0.3 Zr 0.001～0.30
Ca 0.001～0.1 Pb 0.001～0.1 Ta 0.001～0.30
Ti 0.001～0.3 稀土元素：0.001～0.3
本发明钢的铸造工艺为：
浇注温度为：1500～1650℃，浇注后空冷，按性能要求可直接使用或经回火后使用;
本发明钢的锻、轧或热成型工艺为：
加热温度：1050～1250℃，终锻终轧温度≤950℃，锻轧或热加工后空冷。
2.按成分1所述的钢，如果
C 0.1～0.46%
（Mn+Si）≥3%
则淬透直径D≥60mm
硬度为HRC 25～50。
3.按成分1所述的钢，如果
C 0.47～0.75%
（Mn+Si）≥3%
则淬透直径D≥60mm
硬度为HRC 50～60。
本发明钢的成分范围可以按照不同的用途要求变化如下：
4.按成分1所述的钢，在制造淬透直径φ35～φ100mm的铸钢件，刮板、衬板、连杆、轴、轴油杆、紧固件及深冲用双相钢板等时，其成分可为：（重量%）
C 0.04～0.30
Mn 2.1～2.7
Cr 0.1～3.5
5.按成分1所述的钢，在制造淬透直径≥φ100mm的铸钢件，刮板、衬板、连杆、轴、轴油杆、紧固件等时，其成分可为：（重量%）
C 0.04～0.30
Mn 2.5～3.5
Cr 0.5～12
6.按成分1所述的钢，在制造淬透直径φ35～φ100mm的铸钢件、模具、弹簧、磨球、齿条、截齿、轴及工具等时，其成分可为（重量%）：
C 0.31～0.60
Mn 2.1～2.7
Cr 0.1～3.5
7.按成分1所述的钢，在制造淬透直径≥φ100mm的铸钢件、模具、弹簧、磨球、齿条、截齿、轴及工具等时，其成分可为（重量%）：
C 0.31～0.60
Mn 2.1～2.7
Cr 0.5～12
8.按成分1所述的钢，在制造淬透直径φ35～φ100mm的刀具、模具、渗炭齿轮等时，其成分可为（重量%）：
C 0.61～1.2
Mn 2.1～2.7
Cr 0.1～3.5
9.按成分1所述的钢，在制造淬透直径≥φ100mm的刀具、模具、渗炭齿轮等时，其成分可为（重量%）：
C 0.61～1.2
Mn 2.5～3.5
Cr 0.5～12
本发明钢中主要元素的作用如下：
钢中碳量的范围为0.04%～1.2%，碳量是保证强度、韧性、塑性配合的主要因素。
合金元素Mn和B可使钢的CCT曲线位置右移，并且高温转变区右移的程度大于中温转变区。加入本发明钢中成分范围的Mn和B在加热后空冷条件下可形成贝氏体/马氏体复相组织。
合金元素Cr，Si，Mo等加入钢中可使钢的淬透性提高。
本发明钢的重要特点是（Mn+Si）≥3.0%，其空冷淬透直径D≥60mm。
Mo还可防止回火后的脆性发生。
V和Zr是碳化物形成元素，可使晶粒细化及产生第二相强化，使钢的强度和韧性提高。
Ca，S加入钢中可改善切削性能，加入本发明钢中成分范围的Ca和S可使其在硬度高达HRC40时仍具有良好的切削加工性能。
实施例：
表1
No. C Cr Si Mn B Mo V W S Ca Pb Ti Hf
1. 0.04 0.3 0.7 2.6 0.002 0.004
2. 0.05 0.5 0.8 2.4 0.003 0.005
3. 0.05 0.2 0.8 2.3 0.001 0.003
4. 0.06 2.0 0.6 2.5 0.002 0.003
5. 0.08 0.3 0.9 2.4 0.003 0.004
6. 0.09 1.5 0.8 2.4 0.002 0.004
7. 0.09 0.4 0.7 2.5 0.002 0.003
8. 0.10 0.6 0.6 2.7 0.001 0.004
9. 0.10 0.8 0.8 2.3 0.002 0.003
10.0.11 1.5 0.4 2.4 0.003 0.003
11.0.13 0.8 0.7 2.8 0.002 0.003
12.0.15 0.6 0.8 2.2 0.001 0.003
13.0.18 3.6 0.8 2.3 0.003 0.004
14.0.20 2.0 1.5 2.5 0.002 0.08 0.09 0.003
15.0.22 0.5 0.8 2.2 0.003 0.003
16.0.25 1.6 0.8 2.9 0.001 0.07 0.09 0.003
17.0.28 0.8 1.5 2.6 0.002 0.20 0.004
18.0.29 1.6 0.7 2.4 0.002 0.003
19.0.30 2.0 0.8 2.2 0.003 0.003
20.0.30 1.8 1.0 2.3 0.002 0.3 0.004
21.0.32 2.0 0.8 2.7 0.003 0.08 0.007
22.0.34 2.0 0.6 2.9 0.001 0.07 0.09 0.005
23.0.35 0.8 0.8 2.3 0.003 0.10 0.003
24.0.36 3.6 0.6 2.4 0.002 0.008
25.0.38 1.2 1.0 2.5 0.002 0.06 0.003
26.0.40 0.8 1.5 2.7 0.003 0.2 0.004
27.0.40 0.5 0.7 2.8 0.001 0.003
28.0.42 1.8 1.0 2.3 0.002 0.100
29.0.42 2.0 0.4 2.7 0.002 0.003
30.0.43 1.8 0.6 2.4 0.003 0.003
31.0.43 1.6 0.7 2.6 0.002 0.004
32.0.45 2.0 1.0 2.7 0.003 0.005
33.0.45 2.0 0.8 2.6 0.02 0.003
34.0.46 2.0 0.7 2.5 0.003 0.3 0.006
35.0.46 3.6 0.6 2.4 0.003 0.008
36.0.49 0.6 1.5 2.6 0.003 0.003
37.0.50 1.3 0.9 2.2 0.001 0.004
38.0.54 0.8 0.6 2.7 0.003 0.3 0.003
39.0.55 2.0 0.4 2.8 0.002 0.15 0.005
40.0.48 1.6 0.6 2.4 0.002 0.7 0.003
41.0.47 1.8 0.6 2.6 0.002 0.004
42.0.49 2.0 0.8 2.3 0.002 0.07 0.08 0.003
43.0.50 1.2 0.9 2.5 0.002 0.10 0.004
44.0.52 0.6 1.5 2.3 0.002 0.1 0.005
45.0.57 1.3 0.9 2.2 0.003 0.06 0.003
46.0.48 3.6 0.8 2.3 0.002 0.005
47.0.49 1.5 1.0 2.4 0.003 0.004
48.0.47 1.8 0.4 2.8 0.001 0.003
49.0.52 2.0 0.9 2.6 0.002 0.008
50.0.49 2.5 1.0 2.9 0.002 0.006
51.0.48 3.6 0.8 2.3 0.003 0.003
52.0.55 0.3 0.9 2.6 0.002 0.007
53.0.59 0.4 0.7 2.3 0.003 0.005
54.0.60 0.5 0.6 2.7 0.003 0.003
55.0.61 1.5 0.6 2.4 0.001 0.004
56.0.62 0.3 0.4 2.8 0.002 0.003
57.0.63 0.9 0.7 2.4 0.002 0.005
58.0.70 0.7 0.7 2.4 0.002 0.003
59.0.72 1.2 0.8 2.3 0.003 0.004
60.0.75 0.8 1.0 2.4 0.002 0.007
61.0.76 0.6 0.7 2.6 0.003 0.005
62.0.90 0.7 0.7 2.5 0.002 0.004
例如用成分为表1中的钢制造球磨机上使用的衬板，其浇注温度为1550℃，浇注后空冷，然后在250℃回火，其硬度为HRC40。
用表1中的钢制造铁路用螺旋簧。制造弹簧的圆钢经轧制而成，热轧温度为1200℃，轧后空冷。圆钢经热卷成型，热成型后空冷，然后在400℃回火，其性能为：
σ0.2≥120Kg/mm2σb≥130kg/mm2。
本钢种的断裂韧性（K1c），疲劳性能及耐磨性能如下列表中所示。
表2
性能 本发明钢 60Si2Mn（1）
K1c ≥280kg.mm
200～260kg.mm
K1scc（2）≥110kg.mm
～98kg.mm
注（1）.60Si2Mn，成分为0.56～0.64%C，1.5～2.0%Si，
0.6～0.9%Mn，870℃加热淬火，480～500℃回火。
（2）介质为3%NaCl水溶液。
疲劳性能 表3
载荷（kg/mm） 疲劳寿命（N）
6max 6min
本发明钢 100 10 9～12×104
60Si2Mn（3）100 10 5～7×104
（3）见注（1）。
磨损率W 表4
W（g/m）×10-3
1.5kg 2.5kg 3.5kg 5.5kg
45Mn2（4）2.27 3.29 4.22 6.43
本发明钢 2.06 3.10 3.95 5.80
注（4）：指淬火、回火后的45Mn2钢。
用表1成分的钢制造耐磨钢球，其锻造温度为1200℃，终锻温度为～800℃，锻后空冷，然后在180～300℃回火，硬度可达HRC50，有良好的耐磨性能，如表5所示。
用表1成分的钢还可制造各种模具，如塑料、橡胶制品模、胶木模、有色金属制品模等。这些模具型腔复杂，热处理易引起变形、开裂等缺陷，所以一般使用结构钢，不经热处理而使用。由于在低硬度、低强度下使用，致使模具寿命甚短。用本发明钢制造这类模具，空冷硬化，减少变形，硬度可为HRC55，寿命可显著提高，可提高模具寿命3倍以上。
表1中的钢还可制造齿条、截齿、刮板等需要高强度、高硬度的零部件。
Claims (4)
1、一种空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢，其特征在于以Mn、Si、B、Cr、Hf为主要合金元素，空冷后可得到贝氏体/马氏体复相组织，其成份为：(重量%)
C 0.04-1.2 Mn2.1-3.5
Si 0.1-0.6 (Mn+Si)≥3.0
Cr 0.1-12 B0.0005～0.005
Hf 0.0005-0.3 余为Fe
2、一种如权利要求1所述的钢，其特征在于钢内还可以加入一种或一种以上下列成份：
W 0.001～2.0 Mo 0.001～2.0 Nb 0.001～0.30
V 0.001～0.3 S 0.001～0.3 Zr 0.001～0.30
Ca 0.001～0.1 Pb 0.001～0.1 Ta 0.001～0.30
Ti 0.001～0.3 稀土元素：0.001～0.3
3、一种制造如权利要求1或2所述的贝氏体/马氏体复相钢的制造工艺，其特征在于：铸造生产工艺的浇注温度为1500～1650℃，浇注后空冷，根据需要进行回火;钢的锻、轧或热成型工艺为加热温度1000～1250℃，终锻终轧温度≤950℃，锻轧或热加工后空冷，根据需要进行回火。
4、一种用如权利要求1或2所述的钢制成的产品，其特征在于所述的产品为磨球、铸钢件、轴、连杆、模具、抽油杆、紧固件、弹簧、刮板、截齿、深冲用双相钢板等。
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| CN 89109594 CN1019030B (zh) | 1989-12-30 | 1989-12-30 | 空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢 |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C13 | Decision | ||
| GR02 | Examined patent application | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C15 | Extension of patent right duration from 15 to 20 years for appl. with date before 31.12.1992 and still valid on 11.12.2001 (patent law change 1993) | ||
| OR01 | Other related matters | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
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