CN1477226A - 中低碳锰系空冷贝氏体钢 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金钢领域，涉及中低碳空冷贝氏体钢，以碳、锰、硅作为主要合金元素，空冷得到非典型贝氏体或贝氏体/马氏体复相组织，其成分重量百分比为：C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～3.00wt.％；Si：0.20～2.50wt.％；Cr：0～2.00wt.％；余为Fe。本发明具有高的贝氏体空冷淬透性，热加工后空冷可获得典型或非典型贝氏体/马氏体复相组织，具有优良的强韧性配合，可免除淬火处理、简化工艺、节约能源和降低成本。本钢种可用于制造高强度螺栓、钢轨、道叉、各种轴类零件及其他重要工程结构件。适于制造高强度标准件和各种非调质钢零件及各种耐磨铸钢件等多种领域。
Description
技术领域 本发明属于合金钢领域，涉及一类新型中低碳空冷贝氏体钢。该钢具有高的贝氏体空冷淬透性、可免除淬火或淬回火，并具有优良的强韧性配合及独特的经济型特点。
背景技术 热加工后直接使用或只经简单热处理的空冷贝氏体钢，已在越来越多的场合得到应用并取代了回火马氏体钢，这一趋势是现代钢铁工业追求高性能与经济效益的必然结果。近年来Mn-B系空冷贝氏体由于性能优越、成本较低和工艺简单而得到空前发展，陆续开发出适用于不同强度级别及使用要求的中低碳空冷贝氏体钢，并且在贝氏体钢组织与性能的研究方面取得了许多新的进展。
专利公开号为CN1042950A的空冷贝氏体钢专利通过提高Mn含量并添加强淬透性元素Hf、B的途径克服了CN8010300A和CN8010310A专利淬透性不足的缺点，但Mn含量过高与Hf、B的加入一方面使合金化成本增加、同时也加大了冶炼工艺控制的难度；对工艺性能造成一定程度的削弱。
发明内容 本发明的目的是为解决已有技术的不足之处，提出一种中低碳锰系空冷贝氏体钢，通过C、Mn、Si等主要合金化元素的合理组合使其具有高的贝氏体空冷淬透性及淬硬性。热轧后空冷即可获得如下类型复相组织：粒状贝氏体/粒状组织、下贝氏体/马氏体或无碳化物贝氏体/马氏体复相组织，具有良好的强韧性配合。
本发明提出一种中低碳锰系空冷贝氏体钢，其特征在于，该钢种以C、Mn、Si为主要合金化元素，空冷得到非典型贝氏体或贝氏体/马氏体复相组织，其成分重量百分比为：C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～3.00wt.％；Si：0.20～2.50wt.％；Cr：0～2.00wt.％；余为Fe。
本钢种依成分、组织、回火工艺及性能的不同分别适用于如下领域：
1.本钢种克服了低合金高强度钢的延迟断裂抗力不足的缺点，通过控制Si含量使发明钢在空冷条件下可获得无碳化物贝氏体/马氏体复相组织。在组织得以显著细化的同时，稳定的膜状残余奥氏体又可作为韧性相和不可逆氢陷阱，有效改善钢的延迟断裂性能、疲劳性能及韧性，其较佳的化学成分范围为C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～3.00wt.％；Si：0.90～2.20wt.％；空冷后经低温回火其力学性能如下：σb≥1400MPa，σ0.2≥1200MPa，aKU≥90J/cm2，KISCC≥50MPam1/2，σ-1＞700MPa，可用于制造高强度螺栓、钢轨、道叉、各种轴类零件及其它重要工程结构件，显著地减轻工程构件和设备的重量，简化工艺、节约能源并降低材料和工艺成本，是高强度钢和超高强度钢的理想换代品种。
2.本钢种空冷后可以得到粒状贝氏体和下贝氏体/马氏体复相组织，其主要合金元素的较佳配比为C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～2.70wt.％；Si：0.2～0.90wt.％；经中温回火后其强韧性能如下：σb≥900MPa，σ0.2≥750MPa，δ5≥16％，ψ≥45％，αKU≥110J/cm2；高温回火后其强韧性能如下：σb≥850MPa，σ0.2≥650MPa，δ5≥16％，ψ≥50％，αKU≥150J/cm2，适于制造抽油杆、锚链、各类轴、高强度标准件和各种非调质钢零件。
3.本钢种具有良好的铸造性能和高的空冷淬透性，空冷后硬度可达HRc45以上，无缺口冲击韧度大于70J/cm2，适用于制造金属矿山、水泥、电厂、煤矿等用的各种耐磨件及各种高强度零件，如齿板、铲齿、锤头、耐磨离心铸管等，也可在锻轧热成形状态使用。其较佳的成分范围为C：0.20～0.34wt.％；Mn：2.00～2.70wt.％；Si：0.9～2.00wt.％；可取代传统低合金耐磨铸钢和高锰钢铸件，克服高锰钢铸件在非强烈冲击载荷作用下不耐磨的缺点，以及低合金耐磨铸钢淬透性低、材料成本及工艺成本较高、工艺相对复杂的不利因素，可显著提高强度、提高耐磨性能、减轻重量并节约材料和提高寿命。
具体实施方式
本钢种的多项实施例见下表：
| 编号 | C | Mn | Si | Cr | Ca | Mo | Ni | Ti | Nb | V | Cu | Re、B |
| №.1 | 0.15 | 2.34 | 1.78 | 0.59 | - | 0.40 | 0.60 | 0.30 | ||||
| №.2 | 0.16 | 2.33 | 1.44 | 0.65 | - | 0.55 | - | - | ||||
| №.3 | 0.20 | 2.25 | 1.82 | 0.86 | 0.38 | 0.90 | 0.12 | |||||
| №.4 | 0.24 | 2.31 | 1.88 | - | - | - | ||||||
| №.5 | 0.27 | 2.26 | 1.65 | 0.77 | - | - | 0.40 | - | ||||
| №.6 | 0.29 | 2.32 | 1.59 | 0.78 | - | |||||||
| №.7 | 0.34 | 2.40 | 1.60 | 0.70 | 0.20 | 0.30 | 0.03 | |||||
| №.8 | 0.16 | 2.29 | 0.74 | 0.66 | 0.006 | 0.10 | 0.38 | 0.002B | ||||
| №.9 | 0.18 | 2.35 | 0.50 | 0.68 | 0.008 | |||||||
| №.10 | 0.19 | 2.24 | 0.80 | 1.05 | - | 0.10 | 0.003B | |||||
| №.11 | 0.23 | 2.34 | 0.72 | 0.46 | 0.03 | 0.0 | ||||||
| №.12 | 0.25 | 2.15 | 0.83 | 0.30 | ||||||||
| №.13 | 0.29 | 2.33 | 0.66 | 0.52 | ||||||||
| №.14 | 0.32 | 2.36 | 0.47 | 0.89 | ||||||||
| №.15 | 0.33 | 2.31 | 0.60 | 0.79 | ||||||||
| №.16 | 0.34 | 2.35 | 0.61 | 1.02 | 0.39 | |||||||
| №.17 | 0.21 | 2.23 | 0.96 | 0.87 | 0.05 | |||||||
| №.18 | 0.23 | 2.16 | 1.11 | 0.0 | 0.04Re | |||||||
| №.19 | 0.27 | 2.34 | 0.92 | 0.82 | ||||||||
| №.20 | 0.29 | 2.09 | 1.50 | 0.70 | 0.08 | 0.05Re | ||||||
| №.21 | 0.30 | 2.06 | 1.58 | 0.92 | 0.26 | 0.52 | 0.04Re | |||||
| №.22 | 0.31 | 2.15 | 1.52 | 0.87 | 0.12 | |||||||
| №.23 | 0.32 | 2.30 | 1.30 | 0.30 | 0.30 | 0.20 | 0.05 | 0.002B | ||||
| №.24 | 0.34 | 2.25 | 0.97 | 1.00 | - | - | - |
各项实施例适合的应用领域如下：
合用于制造高强度螺栓和结构件的有：No.1-No.7
适合用于制造各种轴、标准件及非调质钢零件的有：No.8-No.16
适合于制造各种耐磨铸件的有：No.17-No.24
Claims (5)
1.一种中低碳锰系空冷贝氏体钢，其特征在于，该钢种以C、Mn、Si为主要合金化元素，空冷得到非典型贝氏体或贝氏体/马氏体复相组织，其成分重量百分比为：C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～3.00wt.％；Si：0.20～2.50wt.％；Cr：0～2.00wt.％；余为Fe。
2.按权利要求1所述的中低碳空冷贝氏体/马氏体复相钢，其特征在于，其主要合金元素成份重量百分比为：
C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～3.00wt.％；Si：0.90～2.20wt.％；
3.按权利要求1所述的中低碳空冷贝氏体/马氏体复相钢，其特征在于，其主要合金元素成份重量百分比为
C：0.15～0.34wt.％；Mn：1.80～2.70wt.％；Si：0.2～0.90wt.％；
4.按权利要求1所述的中低碳空冷贝氏体/马氏体复相钢，其特征在于，其主要合金元素成份重量百分比为
C：0.20～0.34wt.％；Mn：2.00～2.70wt.％；Si：0.9～2.00wt.％；
5.按权利要求1所述的中低碳空冷贝氏体/马氏体复相钢，其特征在于权利要求1成分基础上添加下列微量元素的一种或几种：
V：0～0.12wt.％；Nb：0～0.12wt.％；Cu：0～0.5wt.％；
Mo：0～0.50wt.％；Ni：0～1.00 wt.％；Ti：0～0.12wt.％；
B：0～0.0040wt％：Ca：0～0.10wt％，Re 0～0.50 wt％。
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