CN113403568A - 一种低碳钢及其热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及低碳钢的领域，具体公开了一种低碳钢及其热处理工艺。低碳钢的热处理工艺包括以下步骤：S1：预热；S2：渗碳；S3：淬火；S4：清洗回火。本申请采用加入超声和重复墩粗、拉拔的步骤，超声产生的振动促进钢板中奥氏体的晶核提前形成，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得形成的晶粒更加细小，重复进行拉拔和墩粗的操作，有利于钢板内贝氏体、珠光体、铁素体的分散，使得低碳钢整体的硬度和强度更加均匀，同时由于高温和形变，加速了珠光体的转变，提高了低碳钢的强度和硬度，使得采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性和硬度可满足齿轮轴的实际使用需求。
Description
技术领域
本申请涉及低碳钢的领域，更具体地说，它涉及一种低碳钢及其热处理工艺。
背景技术
齿轮轴是指支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件，其性能要求较高。低碳钢为碳含量低于0.25％的碳素钢，具有较高的韧性和延展性，可满足各种结构件的加工需要，因而被广泛应用于制造建筑构件、压力容器辊道辊、土壤耕作部件等结构件。
如专利公开号为CN103468853A的中国实用新型专利，公开了一种低碳钢的冶炼方法，包括以下步骤：第一步，取铁合金、锰合金和改质剂。将铁合金、锰合金和改质剂混合后进行粉碎。第二步，粗炼，将上一步骤得到的混合物放入转炉进行冶炼，温度1500摄氏度，出钢后使得钢包内氧含量最终控制在150～200ppm之间，氩站喂铝线控制钢中铝的含量在0.003％～0.007％之间，完成粗炼。第三步、精炼，对铝合金中铝的含量进行调整，至0.002％以下，使转炉内碳的含量达到0.001％～0.003％之间，经ans处理后，成品碳达到小于0.001％，经过冷却处理，完成制备过程。
采用上述冶炼方法制得的低碳钢产出率高、成本低、对环境的污染小，但上述低碳钢的强度和硬度较差，采用上述低碳钢加工形成齿轮轴，齿轮轴的耐磨性和硬度无法满足齿轮轴的使用需求，有待改进。
发明内容
为了改善低碳钢的硬度和强度较差的问题，本申请提供一种低碳钢及其热处理工艺。
第一方面，本申请提供一种低碳钢的热处理工艺，采用如下的技术方案：
一种低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至300-400℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至850-880℃，在碳势为1.0-1.3的气氛下保温4-6h，进行强渗，接着降温至800-850℃，在0.8-1.0的碳势下扩散5-6h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500-600℃进行回火，回火保温3-5h，接着将钢板加热至800-950℃，保温并超声1-1.5h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6-8次，冷却至室温。
通过采用上述技术方案，超声产生的振动促进钢板中奥氏体的晶核提前形成，使钢板内奥氏体的晶核数目增加，缩小了奥氏体晶粒的长大空间，抑制了奥氏体晶粒的长大，使得形成的晶粒更加细小。
重复进行拉拔和墩粗的操作，有利于钢板内贝氏体、珠光体、铁素体的分散，使得低碳钢整体的硬度和强度更加均匀，进而间接提高了低碳钢整体的强度和硬度，使得采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性和硬度可满足齿轮轴的实际使用需求。
同时由于高温和形变，使得奥氏体的能量有所增加，降低了奥氏体的稳定性，有利于奥氏体到铁素体的转变，进而加速了珠光体的转变，增加了低碳钢内珠光体的数量，从而提高了低碳钢的强度和硬度。
渗碳步骤中，采用较高的碳势和温度进行强渗，有利于大量碳原子渗入钢板表面，加快了渗碳速度，之后采用较低的碳势和温度进行扩渗，使钢板表面从外至内形成一个平缓的碳浓度梯度，减少了过高的表面碳浓度导致碳化物等其他物质的产生，并减小由于渗碳热处理导致的应力，使得渗碳后钢板的机械性能更佳。
当高温的钢板浸入盐水后，在蒸汽膜阶段，由于高温的影响，盐水析出盐的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，使得钢板表面的氧化皮被炸碎，进而可提高盐水在高温下的冷却能力。接着通过水将钢板表面残留的盐水及时冲去，以减少盐水对钢板的腐蚀。以盐水淬火替换油淬，减少了后续清理钢板表面油液的步骤，简化了工艺，并降低了热处理的成本，有利于实际生产。
优选的，按质量百分数计，所述钢板包括如下组分：C：0.06-0.10％、Si：0.48-0.60％、Mn：0.84-1.10％、Ni：0.15-0.40％、Cr：0.80-1.50％、Ti：0.09-0.18％、B：0.005-0.009％、V：0.15-0.23％、Mo：0.18-0.5％、Ca：0.002-0.005％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
通过采用上述技术方案，钢板内的Ga在高温下融化，部分融化的Ga与钢板内渗入的C发生反应形成GaC沉淀并析出，抑制了奥氏体再结晶的发生，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得在后续转变贝氏体的过程中，贝氏体的晶粒得以细化，从而可进一步提高低碳钢的强度和硬度。
适当加入C可提高低碳钢的强度和硬度。
Si对铁素体具有固溶强化作用，可提高低碳钢的强度和硬度，还可提高钢的淬透性，进而能提高低碳钢的耐磨性。
P与S、Mn联合使用，可增加低碳钢的被切削性，舒蝶低碳钢更易于加工，有利于低碳钢的实际应用。
Ni具有固溶强化及提高淬透性的作用，加入后可细化低碳钢中的铁素体晶粒，对低碳钢的强度和硬度有一定的提升作用，且在强度相同的条件下，可提高低碳钢的塑性和韧性。
Cr的加入能增加低碳钢的淬透性并有二次硬化作用，并能增加低碳钢的热强性，从而可提高低碳钢的耐磨性。
V的加入可细化晶粒，使得低碳钢在加热的时候奥氏体晶粒不至于生长的过于粗大，从而提高钢的强度。
Ti与C形成TiC颗粒，TiC颗粒具有较大的硬度，有利于提高低碳钢的耐磨性。
Mo的加入能提高钢的淬透性，还能抑制低碳钢中其他合金元素导致的回火脆性，能使低碳钢具有二次硬化作用，有利于提高低碳钢的硬度和强度。
优选的，所述S3中，所述盐水包括质量比为(15-20):1的水和氯化钠。
优选的，所述盐水中还包括尿素，尿素和氯化钠的质量比为1:(2-4)。
通过采用上述技术方案，尿素受热分解产生氨气,部分氨气进一步受热分解产生氮气和氢气，并随着温度骤冷，产生的氮气和氢气越少，氨气越多，此时，钢板在氨气、氮气和氢气的气氛下可发生渗氮，渗入的N可与低碳钢内的Cr、V、Mo反应生成CrN、VN、MoN，CrN、VN、MoN具有较高的硬度和耐磨性，从而可提高低碳钢表面的硬度和耐磨性，进而进一步提高了采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性。
优选的，所述S4中，墩粗再拉拔后，在压力为6GPa下将钢板轧制为原厚度的1/5-1/6，连续冷却至100℃，停留10-15min卸去压力，接着冷却至室温。
通过采用上述技术方案，热轧进一步对奥氏体进行细化，使得形成的奥氏体的晶粒尺寸更小，部分奥氏体进一步转变为细小的贝氏体，提高了低碳钢的耐磨性。
同时在高压下进行轧制，低碳钢内发生了碳化物析出和再结晶，且高压有利于抑制低碳钢内晶粒的长大，使得低碳钢内的再结晶晶粒和碳化物比常压下的细小，对低碳钢的强度和硬度的具有一定的提升作用，可使采用上述低碳钢制得的齿轮轴的硬度和耐磨性更佳。
优选的，以40-50℃/s的冷却速率连续冷却至100℃。
通过采用上述技术方案，由实验可知，当冷却速率为40-50℃/s时，低碳钢的强度较大。
优选的，所述超声的频率为20-50kHz。
通过采用上述技术方案，超声频率低于20kHz，对钢板的振动效果较弱，达不到促进钢板中奥氏体晶核形成的效果，超声频率高于50kHz，能源消耗较大，成本较高，不利于实际应用。
优选的，所述S2中，将S1中预热后的钢板加热至850-880℃，在碳势为1.0-1.3的气氛下保温4-6h；接着加热至900-950℃，在1.0-1.3的碳势下保温13-15h，然后置于盐水中冷却至50-100℃，循环2-3次；接着降温至800-850℃，在0.8-1.0的碳势下扩散3-5h。
通过采用上述技术方案，在高碳势、低温度的渗碳环境中，碳原子容易渗入钢板，从而获得更多的CrN、VN、MoN等碳化物颗粒，然后进行循环渗碳，渗碳过程中，钢板内包括奥氏体和碳化物，在第一次渗碳过程中随着渗碳的进行，奥氏体中的含碳量逐渐升高，直到奥氏体中碳含量趋近于饱和，随后快冷，在快冷的过程中，奥氏体中碳的溶解度变小，形成过饱和碳，由于冷速大，奥氏体中的碳来不及析出，渗层中的碳化物就来不及长大，在渗层中的碳化物继续保持为细小颗粒。
在下一次的渗碳过程中，随着温度的升高，碳的扩散能力又逐渐变强，奥氏体继续增碳，接着快速冷却，更多的细小碳化物颗粒被保留下来，如此多次循环渗碳可有效的增大形核率，使得低碳钢内的晶粒更加细小，再经过后续的扩散、淬火和回火过程，可提高低碳钢表面的硬度和强度，从而使得采用上述低碳钢加工制得的齿轮轴表面的耐磨性更佳。
第二方面，本申请提供一种低碳钢，由上述热处理工艺制得。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用加入超声和重复墩粗、拉拔的步骤，超声产生的振动促进钢板中奥氏体的晶核提前形成，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得形成的晶粒更加细小，重复进行拉拔和墩粗的操作，有利于钢板内贝氏体、珠光体、铁素体的分散，使得低碳钢整体的硬度和强度更加均匀，并由于高温和形变，加速了珠光体的转变，提高了低碳钢的强度和硬度，使得采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性和硬度可满足齿轮轴的实际使用需求。
2、本申请中优选采用在钢的组分中加入Ga，Ga在高温下融化，部分融化的Ga与钢板内渗入的C发生反应形成GaC沉淀并析出，抑制了奥氏体再结晶的发生，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得在后续转变贝氏体的过程中，贝氏体的晶粒得以细化，从而可进一步提高低碳钢的强度和硬度。
3、本申请中优选采用在盐水中加入尿素，尿素受热分解产生氨气，部分氨气进一步受热分解产生氮气和氢气，钢板在氨气、氮气和氢气的气氛下可发生渗氮，渗入的N可与低碳钢内的Cr、V、Mo反应生成CrN、VN、MoN，CrN、VN、MoN具有较高的硬度和耐磨性，从而可提高低碳钢表面的硬度和耐磨性，进而进一步提高了采用上述低碳钢制得的齿轮轴表面的耐磨性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施方式中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
实施例
实施例1
本申请公开了一种低碳钢，按质量百分数计，包括如下组分：C：0.06％、Si：0.60％、Mn：0.84％、Ni：0.40％、Cr：1.50％、Ti：0.18％、B：0.009％、Mo：0.28％、Ca：0.002％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至300℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至850℃，在碳势为1.0的气氛下保温6h，进行强渗，接着降温至800℃，在0.8的碳势下扩散6h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500℃进行回火，回火保温5h，接着将钢板加热至800℃，保温并超声1.5h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6次，冷却至室温。
其中，盐水包括质量比为15:1的水和氯化钠。
实施例2
本申请公开了一种低碳钢，按质量百分数计，包括如下组分：C：0.10％、Si：0.52％、Mn：1.02％、Ni：0.25％、Cr：0.80％、Ti：0.09％、B：0.006％、Mo：0.21％、Ca：0.004％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至400℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至880℃，在碳势为1.3的气氛下保温4h，进行强渗，接着降温至850℃，在1.0的碳势下扩散5h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至600℃进行回火，回火保温3h，，接着将钢板加热至950℃，保温并超声1h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作8次，冷却至室温。
其中，盐水包括质量比为15:1的水和氯化钠。
实施例3
本申请公开了一种低碳钢，按质量百分数计，包括如下组分：C：0.07％、Si：0.48％、Mn：1.10％、Ni：0.15％、Cr：1.30％、Ti：0.14％、B：0.005％、Mo：0.18％、Ca：0.005％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至350℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至865℃，在碳势为1.1的气氛下保温5h，进行强渗，接着降温至825℃，在0.9的碳势下扩散5h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至550℃进行回火，回火保温4h，接着将钢板加热至880℃，保温并超声1.5h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作7次，冷却至室温。
其中，盐水包括质量比为15:1的水和氯化钠。
实施例4
与实施例1的区别在于，低碳钢的组分中不含Ca。
实施例5
与实施例1的区别在于，盐水中还包括尿素，尿素、氯化钠和水的质量比为1:4:65。
实施例6
与实施例1的区别在于，S4的步骤为：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500℃进行回火，回火保温5h，接着将钢板加热至800℃，保温并超声1.5h，超声的频率为20kHz，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6次，然后在压力为6GPa下将钢板轧制为原厚度的1/5，轧制温度为800℃，以40℃/s的冷却速率连续冷却至100℃，停留15min卸去高压，接着冷却至室温。
实施例7
与实施例6的区别在于，以30℃/s的冷却速率连续冷却至100℃。
实施例8
与实施例6的区别在于，以60℃/s的冷却速率连续冷却至100℃。
实施例9
与实施例1的区别在于，S2的步骤为：将S1中预热后的钢板加热至850℃，在碳势为1.0的气氛下保温6h；
接着加热至900℃，在1.0的碳势下保温15h，然后置于盐水中冷却至50℃，循环2次；
接着降温至800℃，在0.8的碳势下扩散5h。
实施例10
本申请公开了一种低碳钢，按质量百分数计，包括如下组分：C：0.06％、Si：0.60％、Mn：0.84％、Ni：0.40％、Cr：1.50％、Ti：0.18％、B：0.009％、Mo：0.28％、Ca：0.002％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至300℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至850℃，在碳势为1.0的气氛下保温6h；
接着加热至900℃，在1.0的碳势下保温15h，然后置于盐水中冷却至50℃，循环2次；
接着降温至800℃，在0.8的碳势下扩散5h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500℃进行回火，回火保温5h，接着将钢板加热至800℃，保温并超声1.5h，超声的频率为20kHz，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6次，然后在压力为6GPa下将钢板轧制为原厚度的1/5，轧制温度为800℃，以40℃/s的冷却速率连续冷却至100℃，停留15min卸去高压，接着冷却至室温。
其中，盐水包括质量比为1:2:40的尿素、氯化钠和水。
实施例11
本申请公开了一种低碳钢，按质量百分数计，包括如下组分：C：0.10％、Si：0.52％、Mn：1.02％、Ni：0.25％、Cr：0.80％、Ti：0.09％、B：0.006％、Mo：0.21％、Ca：0.004％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至400℃；
S2：渗碳：所述S2中，将S1中预热后的钢板加热至880℃，在碳势为1.3的气氛下保温4h；
接着加热至950℃，在1.3的碳势下保温13h，然后置于盐水中冷却至100℃，循环3次；
接着降温至850℃，在1.0的碳势下扩散3h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至600℃进行回火，回火保温3h，接着将钢板加热至950℃，保温并超声1h，超声的频率为50kHz，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作8次，然后在压力为6GPa下将钢板轧制为原厚度的1/6，轧制温度为840℃，以50℃/s的冷却速率连续冷却至100℃，停留10min卸去高压，接着冷却至室温。
其中，盐水包括质量比为1:2:40的尿素、氯化钠和水。
实施例12
本申请公开了一种低碳钢，按质量百分数计，包括如下组分：C：0.07％、Si：0.48％、Mn：1.10％、Ni：0.15％、Cr：1.30％、Ti：0.14％、B：0.005％、Mo：0.18％、Ca：0.005％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至350℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至865℃，在碳势为1.1的气氛下保温5h；
接着加热至925℃，在1.1的碳势下保温14h，然后置于盐水中冷却至75℃，循环2次；
接着降温至825℃，在0.9的碳势下扩散4h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至550℃进行回火，回火保温4h，接着将钢板加热至880℃，保温并超声1.5h，超声的频率为35kHz，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作7次，然后在压力为6GPa下将钢板轧制为原厚度的1/6，轧制温度为820℃，以45℃/s的冷却速率连续冷却至100℃，停留13min卸去高压，接着冷却至室温。
其中，盐水包括质量比为1:2:40的尿素、氯化钠和水。
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，以未经S4步骤中回火保温之后步骤处理的低碳钢作为空白对照组。
对比例2
与实施例1的区别在于，低碳钢未经重复墩粗和拉拔处理。
对比例3
与实施例1的区别在于，低碳钢未经超声处理。
性能检测试验
(1)强度测试(以抗拉强度表征低碳钢的强度)：将经过实施例1-12以及对比例1-3的热处理方法处理得到的低碳钢按照国家标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验》中的第一部分：室温试验方法测定抗拉强度，测试结果如下表1所示。
(2)硬度测试：将经过实施例1-12以及对比例1-3的热处理方法处理得到的低碳钢按照国家标准GB/T 230.1-2004《金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法》测定硬度，测试结果如下表1所示。
表1各实施例和对比例的测试结果表
| 抗拉强度/MPa | 硬度 | |
| 实施例1 | 1572 | 46.5 |
| 实施例2 | 1595 | 47.2 |
| 实施例3 | 1584 | 46.8 |
| 实施例4 | 1554 | 45.8 |
| 实施例5 | 1629 | 47.3 |
| 实施例6 | 1641 | 48.1 |
| 实施例7 | 1617 | 47.2 |
| 实施例8 | 1622 | 47.5 |
| 实施例9 | 1609 | 47.6 |
| 实施例10 | 1674 | 49.5 |
| 实施例11 | 1707 | 50.5 |
| 实施例12 | 1682 | 50.1 |
| 对比例1 | 1518 | 44.7 |
| 对比例2 | 1549 | 45.7 |
| 对比例3 | 1560 | 45.9 |
综上所述，可以得出以下结论：
1.结合实施例1和对比例1-3并结合表1可以看出，在低碳钢回火之后进行超声和重复墩粗、拉拔的操作可提高低碳钢的硬度和强度，使得采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性和硬度可满足齿轮轴的实际使用需求。
其原因可能是：超声产生的振动促进钢板中奥氏体的晶核提前形成，使钢板内奥氏体的晶核数目增加，缩小了奥氏体晶粒的长大空间，抑制了奥氏体晶粒的长大，使得形成的晶粒更加细小。
重复进行拉拔和墩粗的操作，有利于钢板内贝氏体、珠光体、铁素体的分散，使得低碳钢整体的硬度和强度更加均匀，进而间接提高了低碳钢整体的强度和硬度。
同时由于高温和形变，使得奥氏体的能量有所增加，降低了奥氏体的稳定性，有利于奥氏体到铁素体的转变，进而加速了珠光体的转变，增加了低碳钢内珠光体的数量，从而提高了低碳钢的强度和硬度。
2.结合实施例1、4并结合表1可以看出，低碳钢的组分中加入Ga，并经本申请的热处理之后能提高低碳钢的硬度和强度，其原因可能是：钢板内的Ga在高温下融化，部分融化的Ga与钢板内渗入的C发生反应形成GaC沉淀并析出，抑制了奥氏体再结晶的发生，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得在后续转变贝氏体的过程中，贝氏体的晶粒得以细化，从而能提高低碳钢的强度和硬度。
3.结合实施例1、5并结合表1可以看出，盐水中加入尿素有利于提高低碳钢的硬度和强度，其原因可能是：当高温的钢板浸入盐水中，尿素受热分解产生氨气,部分氨气进一步受热分解产生氮气和氢气，并随着温度骤冷，产生的氮气和氢气越少，氨气越多，此时，钢板在氨气、氮气和氢气的气氛下可发生渗氮，渗入的N可与低碳钢内的Cr、V、Mo反应生成CrN、VN、MoN，CrN、VN、MoN具有较高的硬度和耐磨性，从而可提高低碳钢表面的硬度和耐磨性，进而进一步提高了采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性。
4.结合实施例1、6并结合表1可以看出，在高压下进行热轧能提高低碳钢的硬度和强度，其原因可能是：热轧进一步对奥氏体进行细化，使得形成的奥氏体的晶粒尺寸更小，部分奥氏体进一步转变为细小的贝氏体，提高了低碳钢的耐磨性，同时在高压下进行轧制，低碳钢内发生了碳化物析出和再结晶，且高压有利于抑制低碳钢内晶粒的长大，使得低碳钢内的再结晶晶粒和碳化物比常压下的细小，对低碳钢的强度和硬度的具有一定的提升作用，可使采用上述低碳钢制得的齿轮轴的硬度和耐磨性更佳。
5.结合实施例1-3、6-8并结合表1可以看出，采用40-50℃/s的冷却速率连续冷却至100℃，对增加低碳钢的强度和硬度的效果最佳。
6.结合实施例1、9并结合表1可以看出，循环渗碳有利于提高低碳钢的硬度和强度，其原因可能是：在高碳势、低温度的渗碳环境中，碳原子容易渗入钢板，从而获得更多的CrN、VN、MoN等碳化物颗粒，然后进行循环渗碳，渗碳过程中，钢板内包括奥氏体和碳化物，在第一次渗碳过程中随着渗碳的进行，奥氏体中的含碳量逐渐升高，直到奥氏体中碳含量趋近于饱和，随后快冷，在快冷的过程中，奥氏体中碳的溶解度变小，形成过饱和碳，由于冷速大，奥氏体中的碳来不及析出，渗层中的碳化物就来不及长大，在渗层中的碳化物继续保持为细小颗粒。
在下一次的渗碳过程中，随着温度的升高，碳的扩散能力又逐渐变强，奥氏体继续增碳，接着快速冷却，更多的细小碳化物颗粒被保留下来，如此多次循环渗碳可有效的增大形核率，使得低碳钢内的晶粒更加细小，再经过后续的扩散、淬火和回火过程，可提高低碳钢表面的硬度和强度，从而使得采用上述低碳钢加工制得的齿轮轴表面的耐磨性更佳。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种低碳钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预热：将钢板预热至300-400℃；
S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至850-880℃，在碳势为1.0-1.3的气氛下保温4-6h，进行强渗，接着降温至800-850℃，在0.8-1.0的碳势下扩散5-6h；
S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；
S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500-600℃进行回火，回火保温3-5h，接着将钢板加热至800-950℃，保温并超声1-1.5h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6-8次，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：按质量百分数计，所述钢板包括如下组分：C：0.06-0.10％、Si：0.48-0.60％、Mn：0.84-1.10％、Ni：0.15-0.40％、Cr：0.80-1.50％、Ti：0.09-0.18％、B：0.005-0.009％、Mo：0.18-0.28％、Ca：0.002-0.005%、S≤0.008%、P≤0.01%，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
3.根据权利要求2所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：所述S3中，所述盐水包括质量比为（15-20）:1的水和氯化钠。
4.根据权利要求3所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：所述盐水中还包括尿素，尿素和氯化钠的质量比为1:（2-4）。
5.根据权利要求1所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：所述S4中，墩粗再拉拔后，在压力为6GPa下将钢板轧制为原厚度的1/5-1/6，连续冷却至100℃，停留10-15min卸去压力，接着冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：以40-50℃/s的冷却速率连续冷却至100℃。
7.根据权利要求1所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：所述超声的频率为20-50kHz。
8.根据权利要求1所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：所述S2中，将S1中预热后的钢板加热至850-880℃，在碳势为1.0-1.3的气氛下保温4-6h；
接着加热至900-950℃，在1.0-1.3的碳势下保温13-15h，然后置于盐水中冷却至50-100℃，循环2-3次；
接着降温至800-850℃，在0.8-1.0的碳势下扩散3-5h。
9.根据权利要求1-8任意一项所述低碳钢的热处理工艺加工得到的低碳钢。
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