CN104805368A - 铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法，它由主加合金元素C、Mn、Cr、W及阻碍碳化物析出元素和，附加合金元素B、AI、Ti、V、Cu、Mo、Y、Mg、Ca组成，其余为Fe。它按照比例配制，在中频炉或电孤炉中混合加热熔化，钢水熔清后扒渣，加入锰铁和硅铁预脱氧和合金化将温度调至1620-1660℃加入0.08-0.20％的纯铝脱氧，再将稀土、钛、硼、钙等复合变质剂破碎至约15mm的颗粒径180～250℃烘干后变质处理，包内冲入，变质处理后，钢水静置2-5min，1570～1590℃开始浇注坯件产品，坯件升温至910～980℃×(1-5)h奥氏体化后，冷却淬火处理。
Description
技术领域：
本发明属于合金钢材料技术领域。具体涉及一种铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法。
背景技术：
众所周知，磨损是工业中材料和能源的主要消耗根源之一。据不完全统计，能源的1/3～1/2消耗于摩擦与磨损之中，在各种磨损类型中，又以磨料磨损最为严重，约占各种磨损类型的50％，约80的机器零件失效是由磨损引起的。进入21世纪低碳经济时代，如何提高耐磨材料的综合机器性能，达到高强度，高韧性，高耐磨性以及良好的加工焊接性能，延长使用寿命，降低材料成本，具有更高性价比是耐磨材料制造和使用行业不断追求的目标。
发明内容：
本发明的目的是根据上述问题而提供一种铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法，本发明是在本发明人2009年7月16日发明的铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢(专利号：ZL2009 10089298.7)基础上，为克服已有技术的不足之处而研制一种铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法，它是在钢中通过加入适量的Si、AI等阻碍碳化物析出的合金元素，使贝氏体转变停留在初始阶段，贝氏体铁素体 在过冷奥氏体贫碳区形成，期间分布有残余奥氏体薄膜，得到准贝氏组织。另在钢中加入Cr、W、Mn复合金化作用，使本合金钢获得高强度的同时，具有更高的渗透性、耐磨性、塑韧性和优良的焊接加工性。
本发明的目的是通过以下措施来实现：本发明的铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢，其特征是在于它的成分由主加合金元素和附加合金元素组成，它的主加合金元素为C、Mn、Cr、W及阻碍碳化物析出元素，附加合金元素为B、AI、Ti、Cu、Mo、Y、Mg、Ca组成，其重量百分比组成如下：
(1)主加合金元素及重量百分比组成为：
(2)附加合金元素及重量百分比组成为
本发明的铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢的制备方法步骤如下：
A、按照比例配置的原料采用常规方法在中频炉和电弧炉中熔炼，炉前调整成分，合格后温度升至1620～1660℃，纯铝终脱氧出炉。
B、出炉前将稀土、钛、硼等复合变质剂(破碎粒度小于15mm的小块)进行变质处理，包内冲入。
C、往包内撒入适量的保温聚渣剂覆盖，并镇静2～5min扒渣，温度降至1570～1590℃开始浇注坯件产品。
D、坯件升温至500～750℃保温50～120min，升温至850～1200℃保温30～150min出炉，5～25min内冷却至380～280℃，直接将坯件产品置于事先升温至300℃的箱式电阻炉内保温15～60min出炉空冷(或水冷)，200～260℃回火保温1～5h。
本发明选择的合金元素在铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢产品中的作用在于：
碳：碳与贝氏体形态和性能密切相关，其用于保证钢的强度级别和工艺性能。
硅：硅是钢中主要合金元素，硅使钢的TTT或CCT曲线向右下方移动和提高钢的渗透性和韧性。硅还显著的提高钢的抗磨性，硅在钢中 的另一个主要作用是增加组织中残余奥氏体量及稳定性，阻碍碳化物析出，得到贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的准贝氏体组织。
锰：可使TTT图中先共析铁素体和珠光体转变的C曲线右移，锰元素是提高贝氏体钢渗透性的主要元素，它还可以降低贝氏体相变温度，增大贝氏体铁素体中碳的过饱和度，有利于准贝氏体钢强度的提高，锰还能起脱氧和脱硫和净化钢液的作用。
铬：可使TTT曲线的珠光体和贝氏体区分离，提高钢的渗透性，细化钢的组织，可在一定条件下代替部分Mo或W量，同时也提高准贝氏体钢的强度。
钨：细化钢的晶粒，在锰、硅、铬的基础上添加适量的W元素能明显推迟高温转变，并降低中温贝氏体转变温度，W、Mn、Cr复合金化作用具有极高的贝氏体渗透性，同时也提高准贝氏体钢的塑韧性，耐磨性和强度。
铜：铜是非碳化物形成元素，提高钢的渗透性，在cω(Cu)＜1.5％强化铁素体，cω(Cu)＞3.0％产生析出强化作用，提高钢的耐腐蚀性能。
硼：强烈提高过冷奥氏体稳定性，在提高钢的渗透性方面所起的作用比Cr、Mo、Ni合金元素强得多。ω(B)＝0.001％相当于ω(Mn)＝0.85％，或ω(Ni)2.4％，或ω(Cr)＞3.0％，硼在钢中的问题在于含硼量若过高时，晶界上的硼化物会导致的脆性增加。但钢中添加适量的硼能显著提高准贝氏体铸钢的耐磨性。
铝：钢中加入铝主要是脱氧作用，细化钢的晶粒，阻止钢中碳化物 析出，得到由贝氏体铁素体和高碳残余奥氏体的准贝氏体组织，提高钢的强度，增强钢的强韧性和耐磨性。
钛：在钢中适量加入钛，可明显细化钢的晶粒，减少枝晶偏析，提高准贝氏体钢的强度和韧性。
稀土(Fe)：钢液中添加稀土后，有很好的脱硫作用，还能消除钢中所含铅，锑，砷，等低熔点杂质有害元素所造成的脆性。稀土是强脱氧剂，钢液中加入稀土后，其中的含氧量有明显的下降，并改善非金属夹杂物的形态及分布状况，稀土元素与硫的结合能力很强，可使钢液中原有的硫化物夹杂变为稀土硫化物及硫的氧化物，这些夹杂物分布在晶粒内部而不分布在晶界上，稀土元素在钢中有细化晶粒的作用，并可消除枝状结晶及魏氏组织。
钙：钙对钢中夹杂物的变质具有极大作用，在钢液中加适量的钙可将钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或(Ca，Mn)S夹杂，钙所形成的氧化物及硫化物夹杂密度小，易于浮上钢液面上，便于排除，钙能有效降低S在晶界的偏离，钙对降低钢中脆性和提高准贝氏体钢铸造，热处理时热裂性十分有益。
本发明的有益效果：
1、本发明的准贝氏体钢综合力学性能优异，其抗拉强度可达15002600Mpa，冲击韧度(aku)50 160J/cm2，并且具有高的塑性和破断抗力，以及低的缺口敏感性，并且在磨损过程中残余奥氏体受形变诱发转变为高碳马氏体，在σb＞1800MPa时仍能保持循环硬化，因此表现出优良的耐磨性。
2、本发明的准贝氏体钢具有高的抗疲劳强度，优越的应变疲劳性能，缓慢的疲劳裂纹扩展速率以及更为显著地超载延寿效应。
3、本发明的准贝氏体钢生产工艺简单，适于多种热处理方法，在扎，锻或奥氏体状态下空冷即可获得准贝氏体组织，并根据需要经过适当回火或不回火即可达到所需的力学性能。
4、本发明的准贝氏体钢具有高淬透性、强韧性、耐磨性和优良的加工焊接性能，并具有低的缺口敏感性，适于制造各种耐磨零件，精密模具，耐磨铸钢件，低噪音微变形齿轮钢，各类弹簧，轴类零件和大型渗碳钎杆等。
具体实施方式：
本发明的铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法，各化学组织的重量百分比，主加合金元素：C：0.08～1.50、Mn：1.50～3.50、Cr：0.60～2.50、W：0.10～2.00、阻碍碳化物析出元素0.90-2.10，附加合金元素：B：0.002～0.05、Al：0.08～0.20、Ti：0.03～0.30、V：0.05～0.20、Cu：0.10～0.60、Mo：0.05～0.50、Y：0.05～0.40、Mg：0.05～0.15、Ca：0.05～0.15其余为Fe
本发明的铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢及其制备方法
(1)按照比例配制的原料采用常规的冶炼方法在中频炉或电弧炉中混合加热熔化，钢水熔清后扒渣，加入锰铁和硅铁预脱氧和合金化；
(2)炉前调整成分合格后将温度调至1620-1660℃，加入0.08-0.20％的纯铝脱氧，然后出炉。
(3)将稀土、钛、硼、钙等复合变质剂破碎至约15mm的颗粒经 180～250℃烘干后变质处理，包内冲入；
(4)变质处理后，钢水静置至2.5min，1570～1590℃开始浇注坯件产品；
(5)坯件升温至910～980℃×(1-5)h奥氏体化后，根据气温状况及坯件尺寸大小进行空冷、风冷或水雾喷淋冷却，冷却时间为5-25min，坯件冷至280～380℃，标准堆放置于预先已升温到300℃的箱式电阻炉内等温淬火15～60min出炉，空冷至室温220～260℃回火保温2～5h后空冷或水冷，即可得到高强度、高硬度、高韧性及高耐磨性并可加工、焊接的准贝氏体钢。
以下是本发明的实施例，其成分及重量百分比组成分别是：
本发明提出的铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢适合用于制造多种工艺条件下的高强、高韧、高耐磨零件，低噪声微变形齿轮钢、精密模具、高耐磨斗齿、截齿、耐磨钢管、耐磨铸件以及各类弹簧、轴类零件、大型渗碳钎杆等。
Claims (2)
1.一种铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢，其特征在于它的成分由主加合金元素和附加合金元素组成，它的主加合金元素为C、Mn、Cr、W及阻碍碳化物析出元素，附加合金元素为B、AI、Ti、Cu、Mo、Y、Mg、Ca组成，其重量百分比组成如下：
(1)主加合金元素及重量百分比组成为：
阻碍碳化物析出元素0.90～2.10wt.％
(2)附加合金元素及重量百分比组成为
其余为Fe 。
2.一种如权利要求1所述的铬-钨-锰-稀土系准贝氏体钢的制备方法，其特征在于步骤方法如下：
A、按照比例配置的原料采用常规方法在中频炉和电弧炉中熔炼，炉前调整成分，合格后温度升至1620～1660℃，纯铝终脱氧出炉；
B、出炉前将稀土、钛、硼等复合变质剂(破碎粒度小于15mm的小块)进行变质处理，包内冲入；
C、往包内撒入适量的保温聚渣剂覆盖，并镇静2～5min扒渣，温度降至1570～1590℃开始浇注坯件产品；
D、坯件升温至500～750℃保温50～120min，升温至850～1200℃保温30～150min出炉，5～25min内冷却至380～280℃，直接将坯件产品置于事先升温至300℃的箱式电阻炉内保温15～60min出炉空冷(或水冷)，200～260℃回火保温1～5h。
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