CN106702286A - 一种中碳低合金马氏体钢及其冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中碳低合金马氏体钢及其冶炼方法，其化学成分及其质量百分比为：碳C ：0.25 ～ 0.40%，硅Si ：0.20 ～ 0.40%，铜Cu：0.15～0.20%，镁Mg: 0.45～ 0.55%，锰Mn ：0.20 ～0.60%，铬Cr: 0.60 ～ 0.80%，镍Ni ：0.40 ～ 0.80%，钛Ti: 0.04～ 0.06%，磷P ≤ 0.025，硫S ≤ 0.025，硅 Si：0.33～ 0.53%，允许含有0.06%以下的杂质。本发明所述的一种中碳低合金马氏体钢具有硬度低塑性好，便于采用冷塑变形成型工艺,且具有良好的焊接性和较小的热处理脱碳倾向等特点,来源方便,价格低廉等优点。

Description

一种中碳低合金马氏体钢及其冶炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金材料技术领域，一种中碳低合金马氏体钢及其冶炼方法。

背景技术

中碳低合金钢是指经淬火低温回火处理获得中碳马氏体组织后，加入少量合金强化的马氏体钢，也被称为中碳低合金马氏体钢。工程上常用的中碳钢一般是指含碳量在0.25一0.40%之间的钢。由于中碳低合金马氏体钢比一般的中碳钢具有硬度低塑性好，便于采用冷塑变形成型工艺,且具有良好的焊接性和较小的热处理脱碳倾向等特点,来源方便,价格低廉等优点，使得该类钢在机械制造领域应用有着广泛的应用。

中国专利200980114645.5，发明名称为低碳马氏体系含Cr钢，本发明公开一种低碳马氏体系含Cr钢的配方，本发明中各种元素质量百分比为C ：0.02 ～ 0.10％、N ：0.02 ～ 0.10％、且C+N ：0.08 ～0.16％、Si ：0.5％以下、Al ：0.1％以下、Mn ：0.3 ～3.0％、Cr ：10.5 ～ 13.5％、Nb ：0.05 ～ 0.60％、V ：0.15 ～ 0.80％、且Nb+V ：0.25 ～ 0.95％、Ni ：0.02 ～ 2.0％、Cu ：1.5％以下，Fp 值( ＝ -230C+5Si-5Mn-6Cu+10Cr-12Ni+32Nb+22V+12Mo+8W+10Ta+

40Al-220N) 为80.0 ～ 96.0。该发明提出的低碳马氏体系含Cr钢具有优良的耐腐蚀性和较好的淬火硬度。其不足是由于加入了Cr等重金属元素对环境有着较大的污染。

中国专利201310040601.0，发明名称为一种中低碳铬硅锰马氏体铸钢的制备方法，该发明公开了一种汽车用防锈铝合金的配方，其各元素按质量百分比组成为：C ：0.26 ～ 0.4%、Si ：0.95 ～ 1.3%、Mn ：0.70 ～ 1.20%、Cr ：0.70 ～1.10%、杂质：<0.05%、余量为Fe ；然后通过熔炼——铸件——清砂打磨——830℃～ 860℃的温度下保温550 ～ 600s——在180 ～ 230℃温度下进行等温淬火或者不完全淬火，保温120s ～ 240s——在340 ℃ ～ 430 ℃ 的温度区间内，保温180s ～300s——淬火至室温的步骤制备而成。经本发明的方法处理后的钢件保持高强度的同时兼具一定的塑性，且综合力学性能比传统工艺显著提高。其缺点是制备过程过于复杂，原料成本高且来源不易。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是给出一种具有良好低温韧性，耐腐蚀性好，同时具有良好的工艺加工性能的中碳低合金马氏体钢。为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明采用分别采用固溶强化，细化强化和沉淀强化的方法来增强中碳低合金马氏体钢的低温韧性和耐腐蚀性。主要利用锰、硅、铜、磷等元素溶入铁素体来提高强度。磷的强化作用最大，由于低碳钢的塑性储备大，加入一定量磷不致过多降低韧性和塑性，因此在本发明中磷作为强化元素含量一般不超过 0.1% 。同样锰和硅为常用的固溶强化元素，一般锰含量不宜超过2% ，硅含量不宜超过0.8% ，否则对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性不利。例如，锰和硅每增加屈服强度 10MPa ，使伸长率分别下降 0.6% 和 0.65% 。铜作为钢中的残余元素加以利用，一般含O. 25% 至0. 5% 。微量铜可提高钢的耐大气腐蚀性能。少量的铬和镍有助于提高钢的强度，一般要求铬不超过 0.8% ，镍不超过0.7% 。

对 C-Mn 钢和 C-Mn-Nb 钢晶粒愈细小，钢的屈服强度呈线性上升。细化晶粒的途径有多种，其中重要的是用铝脱氧和合金化。用铝脱氧生成的细小弥散的 AIN 质点，用钛、铌、钒的微合金化生成弥散的氮化物、碳化物和碳氮化物，这些弥散相都能钉扎晶界，阻碍奥氏体晶粒长大，转变后细化铁素体晶粒和珠光体领域。 钛、铌、钒和铝对钢中加热时奥氏体晶粒长大倾向的有着很大的影响。这些弥散相对晶界有足够的钉扎力以阻止奥氏体晶粒长大。钛的作用最强，铌次之，铝又次之，而钒较弱。

应用钛、铌、钒的微合金化，使过冷奥氏体发生相间沉淀和铁素体中析出弥散的碳化物和碳氮化物，产生沉淀强化。各种微合金碳化物、氮化物在奥氏体中沉淀条件各有不同。其中氮化物最稳定，一般在奥氏体中沉淀，对奥氏体高温形变、再结晶和晶粒长大起抑制作用。碳化物和碳氮化物稳定性稍差，一般在奥氏体转变中产生相间沉淀和从过饱和铁素体中析出， 从而产生沉淀强化。微合金钢中主要的沉淀强化相是 VC 、NbC 和 TiC ，其粒子尺寸在2-10nm范围具有最大的沉淀强化效应。钢中每加入质量分数为 0.01% 铌和钛，使屈服强度强度增高 30-50MPa ;每增加 O.10% 钒，使屈服强度增高150-200MPa.

当钢中含有一定量碳和氮时，钢中微量钛主要以 TiN 出现，细化奥氏体晶粒。钢中微量 铌既可以在高温形变时析出 NbN 和铌的晶界偏聚细化奥氏体晶粒，又可以在随后发生相间沉 淀和从过饱和铁素体析出 Nb(Ç,N)产生沉淀强化。钒主要是在相变时发生相间沉淀和从过饱 和铁素体中析出 VC ，产生沉淀强化。

根据以上的分析，本发明中的所述一种中碳低合金马氏体钢及其质量百分比为：碳C 。

0.25 ～ 0.40%，硅Si ：0.20 ～ 0.40%，铜Cu：0.15～0.20%，镁Mg: 0.45～ 0.55%，锰Mn ：0.20 ～0.60%，铬Cr: 0.60 ～ 0.80%，镍Ni ：0.40 ～ 0.80%，钛Ti: 0.04～ 0.06%，磷P ≤ 0.025，硫S ≤ 0.025，硅 Si：0.33～ 0.53%，允许含有0.06%以下的杂质。

采用所述的一种中碳低合金马氏体钢冶炼方法，包括如下步骤。

步骤1：采用转炉对钢水进行氧气炼钢，使得钢中的碳氮等元素含量降低，提高钢水的纯净度。

步骤 2：将钢水放入精炼炉中进行精炼，根据所述一种中碳低合金马氏体钢及其质量百分比，在精炼炉对钢水的成分进行调整，加入铝脱氧并固定氮，形成ALN，产生细化钢的晶粒，并进一步去除钢水中的杂质。

步骤3：精炼结束后，将钢水放入连铸机中进行冷却凝固成钢坯，通过提高连铸机拉速，采用较弱的冷却强度和在加工运输途中采用一定的保温措施，控制钢坯温度的入炉温度大于800，整个过程需要大约30分钟。

步骤 4：加热钢坯至1000-1200度，开轧温度设定为850-950，终轧温度设定为800-850.保证铌和钛的碳氮化物部分溶解于奥氏体中。

具体实施方式

实施例1。

碳C ：0.30%，硅Si ：0.30%，铜Cu：0.15%，镁Mg: 0.45%，锰Mn ：0.230%，铬Cr: 0.80%，镍Ni ：0.55 %，钛Ti: 0.04%，磷P：0.02%，硫S ：0.025%，硅 Si：0.40%。

步骤1：采用转炉对钢水进行氧气炼钢，使得钢中的碳元素含量低于0.4%,氮元素含量低于0.2%，并提高钢水的纯净度。

步骤 2：将钢水放入精炼炉中进行精炼，根据所述一种中碳低合金马氏体钢及其质量百分比，在精炼炉对钢水的成分进行调整，加入铝脱氧并固定氮，形成ALN，产生细化钢的晶粒，并进一步去除钢水中的杂质。

步骤3：精炼结束后，将钢水放入连铸机中进行冷却凝固成钢坯，通过提高连铸机拉速，采用较弱的冷却强度和在加工运输途中采用一定的保温措施，控制钢坯温度的入炉温度为820℃，整个过程需要大约30分钟。

步骤 4：加热钢坯至1120℃，开轧温度设定为900℃，终轧温度设定为830℃.保证铌和钛的碳氮化物部分溶解于奥氏体中。

实施例2。

碳C ：0.32%，硅Si ：0.35%，铜Cu：0.20%，镁Mg: 0.45%，锰Mn ：0.250%，铬Cr: 0.60%，镍Ni ：0.55 %，钛Ti: 0.06%，磷P：0.02%，硫S ：0.015%，硅 Si：0.40%。

步骤1：采用转炉对钢水进行氧气炼钢，使得钢中的碳元素含量低于0.3%,氮元素含量低于0.15%，并提高钢水的纯净度。

步骤 2：将钢水放入精炼炉中进行精炼，根据所述一种中碳低合金马氏体钢及其质量百分比，在精炼炉对钢水的成分进行调整，加入铝脱氧并固定氮，形成ALN，产生细化钢的晶粒，并进一步去除钢水中的杂质。

步骤3：精炼结束后，将钢水放入连铸机中进行冷却凝固成钢坯，通过提高连铸机拉速，采用较弱的冷却强度和在加工运输途中采用一定的保温措施，控制钢坯温度的入炉温度为800℃，整个过程需要大约30分钟。

步骤 4：加热钢坯至1100℃，开轧温度设定为920℃，终轧温度设定为850℃.保证铌和钛的碳氮化物部分溶解于奥氏体中。

Claims (2)

1.一种中碳低合金马氏体钢，其特征在于，该中碳低合金马氏体钢及其质量为：碳C ：0.25 ～ 0.40%，硅Si ：0.20 ～ 0.40%，铜Cu：0.15～0.20%，镁Mg: 0.45～ 0.55%，锰Mn ：0.20 ～0.60%，铬Cr: 0.60 ～ 0.80%，镍Ni ：0.40 ～ 0.80%，钛Ti: 0.04～ 0.06%，磷P ≤ 0.025，硫S ≤ 0.025，硅 Si：0.33～ 0.53%，允许含有0.06%以下的杂质。

2.采用权利要求1所述的中碳低合金马氏体钢的冶炼方法，包括如下步骤：

步骤1：采用转炉对钢水进行氧气炼钢，使得钢中的碳氮等元素含量降低，提高钢水的纯净度；

步骤 2：将钢水放入精炼炉中进行精炼，根据所述一种中碳低合金马氏体钢及其质量百分比，在精炼炉对钢水的成分进行调整，加入铝脱氧并固定氮，形成ALN，产生细化钢的晶粒，并进一步去除钢水中的杂质；

步骤3：精炼结束后，将钢水放入连铸机中进行冷却凝固成钢坯，通过提高连铸机拉速，采用较弱的冷却强度和在加工运输途中采用一定的保温措施，控制钢坯温度的入炉温度大于800，整个过程需要大约30分钟；

步骤 4：加热钢坯至1000-1200度，开轧温度设定为850-950，终轧温度设定为800-850.保证铌和钛的碳氮化物部分溶解于奥氏体中。