本发明专利技术公开了一种中碳超高强度贝氏体钢，其化学成分的质量百分比为C：0.28～0.5％，Si：1.0～1.7％，Mn：1.8～3.0％，Cr：1.0～1.6％，Mo：0～0.3％，Co：0～0.5％，Al：0.6～1.3％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，N：≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。按照上述成分冶炼、浇铸所得坯料经1150～1200℃均热后加工至所需尺寸，再经完全奥氏体化加热后快速冷却至等温温度，在250～270℃和280～300℃区间交替等温处理，交替周期0.1～1小时，处理3-24小时然后空冷至室温。本发明专利技术的贝氏体钢生产成本低、易焊接、抗延迟断裂、综合性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料领域，涉及一种中碳超高强度贝氏体钢及其制备方法。
技术介绍
钢材的强度随着碳含量的增加而提高，但其塑韧性严重下降，如何实现强度和塑 韧性的良好配比，已成为钢材发展的重要课题。更多的研宄发现，在相同的碳当量条件下， 具有贝氏体组织的钢具有更好的抗延迟断裂性能、疲劳强度、断裂韧性和伸长率。因此在同 碳当量条件下，贝氏体钢具有比马氏体组织钢或贝氏体/马氏体复相钢更长的使用寿命和 更高的应用安全系数。对于具有板条贝氏体铁素体的贝氏体钢，板条宽度细化到纳米尺度 是提高其强度的重要途径。 Mawella 等人（美国专利 US 6884306B1)公开的一种 Fe-C(0. 6 ? I. 1%)-Si(1.5 ?2.0%)-Mn(1.8 ?4.0% )-Cr(1.2 ?1.4% )-Ni(0 ?3% )-Mo(0.2 ? 0. 5% )-V(0. 1?0.2% )合金系的高碳钢，在高温长时间均匀退火后，经奥氏体化在略 高于Ms温度进行1?3周时间的等温处理，可获得纳米级尺寸的贝氏体铁素体+残余奥 氏体结构的无碳化物贝氏体，这样的结构可达到良好的综合性能，具有超高强度和较高的 断裂韧性。除此之外，英国国防部（中国专利技术专利CN 102112644A)也利用Fe-C(0.6? 1. 1% )-Si(l. 5 ?2. 0% )-Mn(0. 3 ?I. 8% )-Cr(l. 0 ?I. 5% )-Ni(0 ?3% )-Mo(0. 2 ? 0. 5% )-V(0. 1?0. 2% )合金系的高碳钢通过长达IOOh的等温过程制备出抗拉强度达到 2048MPa的超高强钢，等温时间70h，但其室温冲击韧性仅为4?7J。为获得纳米贝氏体组 织，上述两种方法都存在钢中含碳量较高、热处理等温时间过长的缺点，一方面直接导致冲 击韧性降低，焊接性能恶化，另一方面，其工艺不利于工业生产。 目前，贝氏体钢加速获得纳米板条组织的办法有多种： 方法1 :中国专利技术专利CN 102112644A在含C(0.6?L 1%)高碳钢向钢中添加了 约1. 5%的Co元素和1%的Al元素，缩短等温处理时间。 方法2 :中国专利技术专利CN 103468906A利用高碳钢（Fe-0. 91 % C-L 65 % Si-2. 07% Mn-L 26% Cr-O. 25% Mo-0. 08% V-0. 06% Nb)在贝氏体转变前进行温轧处理， 来增大位错密度，使得贝氏体形核位置增多，加速贝氏体转变。 方法 3 :利用高碳钢（Fe-0. 79 % C-L 56 % Si-L 98Mn-l. OlCr-O. 24M〇-l. 51 % Co-L 01% Al)在贝氏体转变期间施加一定时间的应力（拉应力或压应力）来加速贝氏体 转变，但这种方式对钢材的夹持方式有严格的要求，不利于大规模的工业生产。 方法4 :通过降低奥氏体化温度和缩短奥氏体化时间，使得奥氏体晶粒尺寸细化， 为贝氏体转变提供了更多的形核位置，使得贝氏体相变加速。 上述方法在化学成分设计中碳含量高，贵合金（Nb、V、Co、Ni)元素含量高，热处理 时间过长，导致制备工艺复杂，合金及生产成本高，不利于工业化生产与规模应用。 为了快速获得贝氏体，还可以通过合金元素发挥作用： C:降低碳元素含量可使贝氏体转变区左移，缩短贝氏体相变孕育期，但过分降低 碳含量会导致Ms点显著升高，贝氏体组织粗化，且过低的碳含量会使得碳间隙固溶强化作 用下降，导致钢的强度显著降低。降低碳元素含量可以提高钢的焊接性能。 Si :非碳化物合金元素，Si在渗碳体中的溶解度极低，从而扩大了残余奥氏体稳 定区，使得可以形成贝氏体铁素体和残余奥氏体的混合物；加入适量的Si元素有利于无碳 化物贝氏体的形成 Co:非碳化物合金元素，可增加 Y _Fe- a-Fe的自由能，使贝氏体相变区左移，缩 短贝氏体相变孕育期，提高贝氏体相长大速率。但Co元素价格较为昂贵，不利于大规模的 工业生产。 Al :增加 y-Fe - a-Fe的自由能，也可使贝氏体相变区左移，而且Al元素在碳化 物中的溶解度较低，能够进一步抑制碳化物的析出，Al元素的增加进而可适当减少Si元素 含量，可使钢材进一步降低合金成本。 为了获得具有纳米板条宽度的高强度贝氏体钢，还需要添加如下合金元素： Mn :锰增加贝氏体钢的淬透性，提高钢的强度和韧性。 Cr :Cr元素主要是用来增加贝氏体钢的淬透性，Cr元素可扩大CCT曲线中贝氏体 转变区，提高过冷奥氏体的稳定性。 Mo :Mo能抑制贝氏体相变，使得贝氏体相变开始与终止温度都降低；Mo可以在贝 氏体铁素体和碳化物之间发生再分配，使相变过程减缓。 为控制高强度贝氏体钢的力学性能，需要控制S、P等元素的残留： S :硫在钢中易形成FeS和MnS夹杂，产生热脆现象，显著降低钢的韧性，因此，应尽 量降低钢中的硫含量； P :磷在钢中常偏聚于晶界，破坏基体的连续性，显著降低钢的韧性，使焊接性能变 坏，易产生冷脆，因此，应尽量降低钢中的磷含量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高超高强度贝氏体钢可焊接性，降低合金成本和热加工制备成 本，利于生产与应用。 本专利技术的中碳超高强度贝氏体钢，其化学成分按质量百分比为C :0. 28?0. 5%， Si:1.0?L7%，Mn:L8?3%，Cr:L0?1.6%，Mo :0?0.3%，Co:0?0.5%，Al:0.6? L 3%，P 0.015%，S 0.01%，K 0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。 本专利技术的具体步骤如下： 1)按照上述化学成分进行冶炼，然后浇铸成坯料； 2)在1150?1200°C保温后热加工成所需尺寸钢材； 3)在将钢材在完全奥氏体化加热保温化后，快速冷却至等温处理温度，在250? 270°C和280?300°C温度区间交替等温处理，交替周期0. 1?1小时，处理3-24小时然后 空气冷却至室温。 本专利技术的有益效果： 1)相比Mawella、英国国防部等所述的超高强钢，在保证超高强度的同时，较大幅 度的提高了延伸率和降低了碳含量，碳的质量百分比降低约为〇. 2%?0. 7%，使得焊接性 和韧性大幅提高，热处理时间也大幅缩短； 2)具有优异的综合力学性能，抗拉强度达1500?1900MPa，延伸率12%?15%， U缺口室温冲击功53?90J ; 3)大幅度降低了钢中贵合金元素，其成本仅为马氏体时效钢的1/90 ; 4)本专利技术的中碳贝氏体超高强钢，可用作高强度机械构件，如轻量化汽车用钢板、 装甲板、防弹钢盔和非调质轴类零件等产品。 【具体实施方式】 本专利技术采用对比钢1 (专利CN 102112644A高碳钢）、对比钢2(CN 103451549A高 碳钢）、作为对比钢，其化学成分如表1所示。 表1钢的化学成分（质量分数，％ )本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中碳超高强度贝氏体钢，其特征在于各化学成分的质量百分比为C：0.28～0.5％，Si：1.0～1.7％，Mn：1.8～3％，Cr：1.0～1.6％，Mo：0～0.3％，Co：0～0.5％，Al：0.6～1.3％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，N：≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1. 一种中碳超高强度贝氏体钢，其特征在于各化学成分的质量百分比为c :0. 28? 0? 5%，Si :1. 0 ?1. 7%，Mn :1. 8 ?3%，Cr :1. 0 ?1. 6%，Mo :0 ?0? 3%，Co :0 ?0? 5%， A1 :0? 6?1. 3%，P :彡0? 015%，S :彡0? 01%，N :彡0? 01%，其余为Fe和不可避免的杂质。2. 如权利要求1所述的中碳超高强度贝氏体钢的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：余伟，徐士新，张昳，陈银莉，陈雨来，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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