CN109825691B - 一种奥氏体晶粒细化的中碳钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢及其制备方法，属于金属材料技术领域，包括以下步骤：将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。本发明对中碳钢进行高压热处理，高压力能引起中碳钢组织内高应变而产生较高密度的位错，这些位错为奥氏体晶粒的形核提供了更多的部位，使形成的奥氏体晶核数量增多；另外，在高压力下原子的扩散较困难，抑制了奥氏体晶核的长大，故本发明提供的技术方案可获得的奥氏体晶粒细小，且分布均匀。而且本发明提供的制备方法简单，工艺周期短，工艺参数易于操控。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种奥氏体晶粒细化的中碳钢及其制备方法。
背景技术
中碳钢具有一定的塑性、韧性和强度，被广泛应用于制作泵的活塞、重型机械的轴、蜗杆、齿轮等各种机械零件和工程结构件。随着现代工业的迅速发展，对中碳钢的力学性能提出更高的要求。由于奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后钢的组织和性能。通常，粗大的奥氏体晶粒往往导致冷却后获得粗大的组织，而粗大的组织又相应地具有较低的塑性和韧性，反之，细小的组织具有较高的力学性能。因此，细化奥氏体晶粒引起相关研究者的重视。目前，形变热处理是细化奥氏体晶粒的主要方法，该方法是将钢加热到Ac3以上温度，保温一段时间完全奥氏体化后进行大变形，然后再保持一段时间使变形的奥氏体发生再结晶，从而获得细小的奥氏体晶粒组织。但该方法是经高温形变和再结晶过程实现的，该工艺参数(如：变形量、温度、保温时间和冷却速度等)控制较严格，工艺复杂且周期较长；且因为该方法是采用单向压缩变形，样品的表层和心部变形不均匀，容易造成在再结晶过程中出现奥氏体晶粒大小不均匀现象。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，本发明提供的制备方法简单，工艺周期短，工艺参数易于操控，且制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢中奥氏体晶粒均匀细小。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；
所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。
优选地，所述中碳钢包括以下质量百分含量的组分：C 0.35％～0.60％；Si0.15％～0.40％；Mn 0.40％～0.80％；P 0～0.040％；S 0～0.040％；其余为Fe。
优选地，所述高压热处理的压力为1.5～2.5GPa，温度为950～980℃，时间为16～18min。
优选地，所述高压热处理所用的装置为顶压机。
优选地，所述顶压机为六面顶压机。
优选地，所述冷却的速率90～110℃/s。
本发明还提供了上述技术方案制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢。
优选地，所述奥氏体晶粒尺寸为9～10μm，所述奥氏体晶粒分布均匀。
有益技术效果：本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。本发明对中碳钢进行高压热处理，一方面，高压力能引起中碳钢组织内高应变而产生较高密度的位错，这些位错为奥氏体晶粒的形核提供了更多的部位，致使形成的奥氏体晶核数量增多；另一方面，在高压力下原子的扩散较困难，这抑制了奥氏体晶核的长大，故本发明提供的技术方案可获得较细的奥氏体晶粒，且分布均匀。而且本发明提供的制备方法简单，工艺周期短，工艺参数易于操控。实施例实验数据表明，本发明提供的制备方法制备得到的中碳钢中奥氏体细小且分布均匀，其尺寸为9～10μm。
附图说明
图1为在实施例1加压的条件下得到的中碳钢中奥氏体晶粒的金相图；
图2为在对比例1中常压条件下得到的中碳钢中奥氏体晶粒的金相图。
具体实施方式
本发明提供了一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；
所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min。
本发明将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢。
在本发明中，所述中碳钢优选为退火态中碳钢。在本发明中，所述退火态中碳钢优选为将普通中碳钢进行退火处理得到。本发明对退火处理的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的退火处理即可。
在本发明中，所述中碳钢优选包括以下质量百分含量的组分：C0.35％～0.60％；Si 0.15％～0.40％；Mn 0.40％～0.80％；P 0～0.040％；S 0～0.040％；其余为Fe。
在本发明中，所述高压热处理的压力为1～3GPa，优选为1.5～2.5GPa；所述高压热处理的温度为900～1000℃，优选为950～980℃；所述高压热处理的时间为15～20min，优选为16～18min。在本发明中，所述高压热处理所用的装置优选为顶压机。在本发明中，所述顶压机优选为六面顶压机。本发明对中碳钢进行高压热处理，一方面，高压力能引起中碳钢组织内高应变而产生较高密度的位错，这些位错为奥氏体晶粒的形核提供了更多的部位，致使形成的奥氏体晶核数量增多；另一方面，在高压力下原子的扩散较困难，这抑制了奥氏体晶核的长大，故本发明提供的技术方案可获得较细的奥氏体晶粒，且分布均匀。
在本发明中，所述冷却的速率优选为90～110℃/s，更优选为100℃/s。所述冷却后的温度优选为室温。本发明通过保持高压热处理的压力进行冷却，其目的是阻止奥氏体晶粒长大和避免发生奥氏体转变成珠光体和铁素体。
本发明还提供了上述技术方案制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢。
在本发明中，所述奥氏体晶粒尺寸优选为9～10μm，更优选为9～9.5μm；所述奥氏体晶粒分布均匀。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
取退火态中碳钢，其化学成分(质量分数wt％)为：C 0.34、Si 0.28、Mn 0.62、P0.027、S 0.024，其余为Fe。将其放在CS-ΙB型六面顶压机上进行高压热处理，压力为3GPa，加热温度为1000℃，保温时间为15min，断电保压冷却至室温。其晶粒尺寸如表1所示。
实施例2
取退火态中碳钢，其化学成分(质量分数wt％)为：C 0.56、Si 0.32、Mn 0.61、P0.024、S 0.026，其余为Fe。将其放在CS-ΙB型六面顶压机上进行高压热处理，压力为1GPa，加热温度为1000℃，保温时间为20min，断电保压冷却至室温。其晶粒尺寸结果如表1所示。
实施例3
取退火态中碳钢，其化学成分(质量分数wt％)为：C 0.44、Si 0.38、Mn 0.71、P0.024、S 0.022，其余为Fe。将其放在CS-ΙB型六面顶压机上进行高压热处理，压力为2GPa，加热温度为900℃，保温时间为20min，断电保压冷却至室温。其晶粒尺寸如表1所示。
对比例1
不施加压力，其余与实施例1完全相同。其结果如表1所示。
图1和图2分别为在实施例1加压的条件下和对比例1中常压条件下得到的中碳钢中奥氏体晶粒的金相图。由图1可知，实施例1中得到的中碳钢中的奥氏体晶粒细小且分布均匀。
表1实施例1～3和对比例1中奥氏体晶粒尺寸平均值
| 样品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 晶粒尺寸/μm | 9.41 | 9.83 | 9.04 | 46.16 |
由表1可知，实施例1～3中得到的中碳钢中的奥氏体晶粒要远远小于对比例1中的奥氏体晶粒。说明本发明的技术方案得到的中碳钢中的奥氏体晶粒较小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种奥氏体晶粒细化的中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
将中碳钢进行高压热处理，保持高压热处理的压力进行冷却，得到奥氏体晶粒细化的中碳钢；
所述高压热处理的压力为1～3GPa，温度为900～1000℃，时间为15～20min；
所述冷却的速率90～110℃/s；
所述中碳钢为退火态中碳钢。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中碳钢包括以下质量百分含量的组分：C 0.35％～0.60％；Si 0.15％～0.40％；Mn 0.40％～0.80％；P 0～0.040％；S 0～0.040％；其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高压热处理的压力为1.5～2.5GPa，温度为950～980℃，时间为16～18min。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述高压热处理所用的装置为顶压机。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述顶压机为六面顶压机。
6.权利要求1～5任意一项所述的制备方法制备得到的奥氏体晶粒细化的中碳钢。
7.根据权利要求6所述的奥氏体晶粒细化的中碳钢，其特征在于，所述奥氏体晶粒尺寸为9～10μm，所述奥氏体晶粒分布均匀。
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