CN1715436A - 一种超高碳钢的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种超高碳钢的生产工艺，所述的超高碳钢的合金成分(重量％)为C 1.0～1.8％，Si 0.5～3.0％，Cr 0.5～2.0％，Mn 0.2～0.7％，余Fe，喷射成形工艺制取的超高碳钢实施形变与热处理相结合的生产工艺：将喷射成形超高碳钢放入1000℃炉内保温20分钟后取出立即轧制，单道次轧制压下量为60％；轧后迅速放入已达设定温度的热处理炉内保温150分钟后取出空冷。由上述组合生产工艺获得的超高碳钢，具有合适比例的珠光体和球化组织相配合的特殊组织结构，其抗张强度可达1300MPa，而延伸率为18.5％。本发明工艺简单，能源消耗和生产成本明显降低，有利于实现规模生产和推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高碳钢的生产工艺。
背景技术
超高碳钢(含碳量1.0～2.1wt％)由于碳含量很高，采用常规冶铸工艺制备，很难避免碳的偏析以及粗大碳化物的形成；又因为碳含量远超过共析成分，在常规热加工过程中也很难避免奥氏体晶界上形成粗大碳化物网络。这些缺陷均会造成材料的致命脆性，从而使其无法实际使用。因此，作为钢铁结构材料的超高碳钢能够获得实际应用，关键是要提高其强韧性。
针对超高碳钢制备存在的严重问题，以Sherby为代表的一批冶金学家提出了一系列相当复杂的热机械工艺路线。他们发现，超高碳钢经过多道工序的热机械处理后，可以使组织充分细化及均匀化，并具有高强度和一定韧塑性相配合，同时还有良好的超塑性。
Sherby有关超高碳钢的研究已取得多项专利，这些专利所提及的工艺主要包括两部分：第一，通过多道次高温热加工消除粗大碳化物并且阻止晶界碳化物网络的出现；第二，采用多种方法的热处理或温加工或两者的相结合使碳化物以细小颗粒形式均匀弥散分布于基体。在此基础上，Sherby又于1999年提出由三部分组成的热挤压工艺路线(公开发表于《Metallurgical And Materials Transaction》，Vol.30A，1999，p1559.)：
第一，真空铸锭；
第二，分两步对铸锭进行高温-中温锻造：步骤1：起锻1100℃，终锻900℃；
步骤2：起锻900℃，终锻700℃；
第三，在900℃或1025℃或1150℃下进行热挤压。
上述热挤压工艺，由于需要两步高、中温锻造以及大吨位的热挤压机，能耗增加和成本较高以及工艺太复杂等问题依然未能解决。
由此看来，Sherby提出的超高碳钢制备工艺，利用现有的生产手段，是难以实现规模生产与推广应用的。
中国专利申请号02136305.6公开了用喷射成形制取坯料，然后对其施行等温锻造，空冷后无须调质处理即可得到屈服强度达～900MPa，抗张强度达～1200MPa，延伸率达～10％的超高碳钢材料。
中国专利申请号02150879.8公开了选取合适的添加元素，用喷射成形工艺制取超高碳钢坯料，然后对其进行大变形量(压下量达50％～70％)热轧，空冷后所得材料无须调质处理，即可达到1300MPa左右的抗张强度和8～11％的延伸率。
将上述两种工艺作一比较：工艺一需要使用等温锻造设备，成本较高且生产率较低，因而在应用范围和生产规模上将受到限制；工艺二的特点是，不仅可以利用普通的热轧生产手段对喷射成形坯料进行变形加工，而且所得材料的性能也优于工艺一材料，同时工艺实施又很方便。
发明内容
鉴于目前超高碳钢研制中存在的能耗大成本高等问题，本发明的目的在于提供一种超高碳钢的生产工艺，使喷射成形超高碳钢获得高强度和优良塑性相配合的综合性能；而且，实施该工艺，不仅工序简便，而且生产成本和能量消耗均可降低，因而有利于实现规模生产和推广应用。
本发明的技术解决方案是，一种超高碳钢的生产工艺：
a)合金成分(重量百分比)
C 1.0～1.8；
Si 0.5～3.5；
Cr 0.5～2.0；
Mn 0.2～0.7；
余Fe。
b)喷射成形工艺制取坯料，将给出合金成分的母合金作为原料，采用喷射成形工艺制取，将母合金料放入感应炉内加热熔化，在高于熔点150～250℃温度下保持一段时间，使熔液的温度和成分达到均匀，用高压氮气向由导液管流出的熔体进行喷射，使之雾化成为细小液滴，飞行并沉积在收集基板上，完成凝固并形成供热轧用坯料块体；这种块体超高碳钢由于具有优良的原始组织，其拥有一般合金材料没有的优异的高温变形能力，因此可对其施行大变形量的热加工；
c)喷射成形坯料进行热轧，热轧温度：950℃～1100℃，单道次热轧压下量：50％～70％；由于材料具有优良的高温变形能力，在给出的热轧温度范围内，可实现一道次大变形量(压下量高达70％)的热轧加工而不发生开裂；
d)热轧后板料进行热处理，将热轧后板料立即放入已达设定温度的热处理炉保温112～187分钟后取出空冷，热处理炉温度设定：700℃～850℃；优选的温度：700℃～800℃，热处理的实施，使轧制后的板料获得具有合适比例的珠光体和球化组织相配合的特殊组织结构。
其中，母合金的合金成分(重量百分比)优选的为：
C 1.2～1.5；
Si 2.0～3.0；
Cr 1.0～2.0；
Mn 0.2～0.7；
余Fe。
所述的热轧优选的热轧温度：1000℃，优选的压下量为60％。
轧制前将坯料放入已达预定温度的加热炉内进行保温，保温时间根据坯料厚度确定，即每分钟对应0.75mm，保温后取出立即进行单道次大压下量轧制。
本发明的有益效果
选用合适的超高碳钢合金成分，采用喷射成形工艺制取坯料，然后对所得坯料实施由热轧和热处理相结合的组合生产工艺，由此获得的材料因为具有合适比例的珠光体和球化组织的优化组合而使其综合性能达到国际先进水平。
采用Sherby的工艺路线，主要可获得两种超高碳钢。一种是球化组织，另一种是珠光体组织。单一珠光体组织的超高碳钢，虽然强度很高，但塑性很差。抗张强度可达1700MPa，但延伸率降到仅2.8％。而具有球化组织的超高碳钢，尽管塑性明显增加，但强度不理想。延伸率可达28％，但抗张强度降到仅880MPa。
与上述Sherby的工艺路线不同，本发明提出的一种优化超高碳钢综合性能的组合生产工艺，可获得具有特殊组织结构的超高碳钢，既能发挥珠光体的强度优势，又能充分利用球化组织使其韧塑性得到明显改善。由本发明生产工艺得到的材料，抗张强度可达1300MPa，而延伸率为18.5％。与Sherby的超高碳钢所能达到的最好性能水平相比(抗张强度：1048MPa；延伸率：20.7％)，延伸率相当，而强度却明显占优势。值得强调的是，本发明提供的生产工艺远比Sherby的复杂的热机械工艺简化而有效。
附图说明
图1为本发明喷射成形坯料的组织图。
图2所示喷射成形坯料经过热轧和热处理组合生产工艺处理后的组织图。
具体实施方式
实施例1
(1)合金成分(化学分析结果，重量％)：1.17C-2.87Si-0.50Mn-1.58Cr-余Fe；
(2)喷射成形制取坯料
将母合金料放入感应炉坩埚内熔化，熔液过热度为150℃左右；导液管内径为φ4mm；雾化气体(氮气)压力为2.2MPa，雾化器至收集器基板间距离约为360mm，基板旋转速度为10rpm；气体/熔液流量比(G/M)约为0.30M3/kg。采用上述工艺参数制取了喷射成形坯料，这种块体超高碳钢坯料由于具有优良的原始组织(如图1所示)而使其拥有一般合金材料没有的优异的高温变形能力，因此可对其施行大变形量的热加工；
(3)喷射成形坯料热轧
从喷射成形坯件上切取厚15mm的条形坯料，试样一端加工成楔形状，便于轧制时咬入。坯料放入1000℃炉中保温20分钟后取出立即送入最大轧制力为3000KN的热轧机进行轧制，单道次将坯料轧制至6mm厚，压下量为60％。轧制后板料未发现开裂现象。
(4)轧制后板料热处理
轧制后板料立即放入温度设置为700℃的热处理炉保温150分钟后即取出空冷。
实施例2
(1)合金成分
同实施例1；
(2)喷射成形工艺制取坯料
同实施例1；
(3)喷射成形坯料热轧
热轧工艺同实施例1；
(4)热轧后板料热处理
热轧后板料立即放入温度设定为750℃的热处理炉保温150分钟后即取出空冷。
实施例3
(1)合金成分(化学分析结果，重量％)：1.17C-1.91Si-0.50Mn-1.56Cr-余Fe；
(2)喷射成形工艺制取坯料
同实施例1；
(3)喷射成形坯料热轧
热轧工艺同实施例1；
(4)热轧后板料热处理
热轧后板料立即放入温度设置为800℃的热处理炉保温150分钟后即取出空冷。
实施例4
(1)合金成分(化学分析结果，重量％)：1.50C-2.0Si-0.50Mn-1.57Cr-余Fe；
(2)喷射成形工艺制取坯料
同实施例1；。
(3)喷射成形坯料热轧
热轧工艺同实施例1；
(4)热轧后板料热处理
同实施例1。
实施例5
(1)合金成分
同实施例4。
(2)喷射成形工艺制取坯料
同实施例1。
(3)喷射成形坯料热轧
同实施例3。
(4)热轧后板料热处理
同实施例3。
上述实施例生产的超高碳钢，具有优良的综合性能，见表1所示。
表1
| 成分(重量百分比) | 屈服强度(Mpa) | 抗张强度(MPa) | 延伸率(％) | |
| 实施例1 | 1.17C-2.87Si-0.50Mn-1.58Cr-余Fe | 924 | 1198 | 18.5 |
| 实施例2 | 1.17C-2.87Si-0.50Mn-1.58Cr-余Fe | 867 | 1099 | 20.5 |
| 实施例3 | 1.17C-1.91Si-0.50Mn-1.56Cr-余Fe | 863 | 1300 | 18.5 |
| 实施例4 | 1.17C-1.91Si-0.50Mn-1.56Cr-余Fe | 861 | 1109 | 17.5 |
| 实施例5 | 1.50C-2.00Si-0.50Mn-1.57Cr-余Fe | 846 | 1189 | 16.5 |
图1为本发明喷射成形坯料的组织图。从图中可以看出，无碳化物网络，具有均匀细密的珠光体组织。
图2所示喷射成形坯料经过热轧和热处理组合生产工艺处理后的组织图。如图显示，珠光体周围均匀分布了一定数量的近似于球状的碳化物。这种具有合适比例的珠光体与球化组织相配合的优化组织结构，非常有利于材料综合性能的提高。
Claims (7)
1.一种超高碳钢的生产工艺，其特征是，包括如下步骤：
a.选用的超高碳钢的合金成分(重量百分比)为：
C 1.0～1.8；
Si 0.5～3.5；
Cr 0.5～2.0；
Mn 0.2～0.7；
余Fe；
b.将上述合金成分的母合金作为原料，采用喷射成形工艺，将母合金料放入感应炉内加热熔化，在高于熔点150～250℃温度下保持一段时间，使熔液的温度和成分达到均匀，用高压氮气向由导液管流出的熔体进行喷射，使之雾化成为细小液滴，飞行并沉积在收集基板上，完成凝固并形成供热轧用坯料块体；
c.对喷射成形坯料进行热轧；热轧温度：950℃～1110℃，热轧压下量：50％～70％，
d.对热轧后板料进行热处理，热轧后板料立即放入已达设定温度为700℃～850℃的热处理炉保温112～187分钟，然后取出空冷。
2.如权利要求1所述的超高碳钢的生产工艺，其特征在于，所述的母合金的合金成分(重量百分比)优选的为：
C 1.2～1.5；
Si 2.0～3.0；
Cr 1.0～2.0；
Mn 0.2～0.7；
余Fe。
3.如权利要求1所述的超高碳钢的生产工艺，其特征在于，所述的热轧工艺优选的热轧温度为1000℃、优选的压下量为60％。
4.如权利要求1所述的超高碳钢的生产工艺，其特征在于，所述的热轧采用一道次轧制完成预定的压下量。
5.如权利要求1所述的超高碳钢的生产工艺，其特征在于，所述的热处理工艺中优选温度：700℃～800℃。
6.如权利要求1所述的超高碳钢的生产工艺，其特征在于，所述的热轧轧制前先将喷射成形坯料放入已达设定温度的加热炉内进行保温，保温时间根据坯料厚度确定，每分钟对应0.75mm。
7.如权利要求1所述的超高碳钢的生产工艺，其特征在于，所述的热轧后板料实施热处理前先将板料放入已达设定温度的热处理炉内进行保温，保温时间根据板料厚度确定，每分钟对应0.04mm。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102836976A (zh) * | 2012-09-19 | 2012-12-26 | 赵冰 | 一种钢板的制备方法 |
| CN103008659A (zh) * | 2011-09-28 | 2013-04-03 | 宝山钢铁股份有限公司 | 超细晶耐高温合金盘坯料的制造方法 |
| CN104178693A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-12-03 | 浙江机电职业技术学院 | 一种高性能超高碳钢及复合热处理工艺 |
| CN105018849A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-11-04 | 济宁市技师学院 | 无铝超高碳钢及其制备方法 |
| CN108866442A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-23 | 湖南长高新材料股份有限公司 | 超高碳钢的热处理方法及制品 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4448613A (en) * | 1982-05-24 | 1984-05-15 | Board Of Trustees, Leland Stanford, Jr. University | Divorced eutectoid transformation process and product of ultrahigh carbon steels |
| US4533390A (en) * | 1983-09-30 | 1985-08-06 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Ultra high carbon steel alloy and processing thereof |
| US4769214A (en) * | 1985-09-19 | 1988-09-06 | Sptek | Ultrahigh carbon steels containing aluminum |
| US5445685A (en) * | 1993-05-17 | 1995-08-29 | The Regents Of The University Of California | Transformation process for production of ultrahigh carbon steels and new alloys |
| CN1159470C (zh) * | 2001-09-30 | 2004-07-28 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种具有超塑性的超高碳钢基材及其获得方法 |
| CN1200131C (zh) * | 2002-07-30 | 2005-05-04 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种非调质超高碳钢的生产工艺 |
| CN1184343C (zh) * | 2002-11-29 | 2005-01-12 | 上海宝钢集团公司 | 高强度超高碳钢及其生产工艺 |
-
2004
- 2004-06-28 CN CNB2004100255191A patent/CN1325686C/zh active Active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103008659A (zh) * | 2011-09-28 | 2013-04-03 | 宝山钢铁股份有限公司 | 超细晶耐高温合金盘坯料的制造方法 |
| CN103008659B (zh) * | 2011-09-28 | 2015-04-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | 超细晶耐高温合金盘坯料的制造方法 |
| CN102836976A (zh) * | 2012-09-19 | 2012-12-26 | 赵冰 | 一种钢板的制备方法 |
| CN102836976B (zh) * | 2012-09-19 | 2015-05-27 | 赵冰 | 一种钢板的制备方法 |
| CN104178693A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-12-03 | 浙江机电职业技术学院 | 一种高性能超高碳钢及复合热处理工艺 |
| CN105018849A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-11-04 | 济宁市技师学院 | 无铝超高碳钢及其制备方法 |
| CN108866442A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-23 | 湖南长高新材料股份有限公司 | 超高碳钢的热处理方法及制品 |
| CN108866442B (zh) * | 2018-07-19 | 2020-04-10 | 湖南长高新材料股份有限公司 | 超高碳钢的热处理方法及制品 |
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