一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法技术

一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法，属于低合金钢领域。该超高强高碳低合金钢，其含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.1‑1.2％，Si：1.5‑1.7％，Mn：1.6‑1.8％，Mo：0.2‑0.4％，Cr：1.3‑1.5％，V：0.09‑0.15％，B：0.01‑0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。其制备方法为：成形工艺中，熔炼、浇铸，进行奥氏体化再结晶区轧制，奥氏体化非再结晶区轧制；然后进行热处理：正火、等温球化退火、等温淬火。该工艺方法，一方面，消除了铸态过程中的缺陷；另一方面，很大程度上避免了网状渗碳体的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法
本专利技术涉及低合金钢领域，具体的说是一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法。
技术介绍
超高碳钢是含碳量为1.0％～2.1％的过共析铁基合金材料，由于其超高的碳含量导致其韧性低(由于随着含碳量的增加，脆生的网状碳化物增多、增厚导致)、焊接性差，得到较少的发展。但是，20世纪70年代美国斯坦福大学ODSherby教授等人突破传统观点首次对超高碳钢进行开拓性的研究，通过一定的相变控制技术和适当的热处理工艺，可实现基体晶粒和碳化物的超细化，使超高碳钢具备高强度和超塑性，与此同时，合金化处理和合理的制备工艺能抑制超高碳钢中粗大网状碳化物的生成，是改善超高碳钢性能的有效方法。早期Sherby、Tsuzaki在超高碳钢中加入Al、Si元素抑制网状碳化物的析出。随着热处理工艺的逐步完善，研究发现提高钢中残余奥氏体的含量可以提高高碳钢的强韧性，因为残余奥氏体在发生变形过程中吸收变形能量，发生相变诱导塑性效应而转变成马氏体，从而提高了钢的强度和塑性。同时，通过等温淬火获得下贝氏体组织也可提高高碳钢的强韧性，下贝氏体是过饱和的铁素体与渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体内部，其性能与马氏体相似具有高的强度、硬度及耐磨性，但由于下贝氏体中的渗碳体弥散分布在基体中，使其具有较好的强韧性，综合性能好，是一种理想的淬火组织。专利[CN102703827]公开了一种高碳耐磨钢的热处理工艺，所述耐磨钢的化学成分以重量百分比计由下列组份组成：C：0.60-0.80；Mn：7.0-9.0；Si：1.10-1.30；Cr：2.40-2.80；V：0.10-0.20；B：0.05-0.10；Ti：0.02-0.03；N：0.02-0.05，Ce：0.6-0.8，余量为Fe及不可避免的杂质。其热处理工艺包括：(1)退火：将所述耐磨钢置于温度为780℃-820℃退火炉中，保温3-5小时出炉，然后空冷；(2)淬火：将所述耐磨钢置于温度为1060℃-1080℃的淬火炉中，保温2-4小时后取出油冷淬火，将耐磨钢冷却至200℃以下；(3)回火：将所述耐磨钢置于温度为530-560℃的回火炉中，保温6-8小时取出空冷。所述耐磨钢其淬火温度高，保温时间长，易使晶粒长大；其次通过高温回火，使其韧性得到较大的提高，但是，耐磨钢的耐磨性有所降低。专利[CN103938112]公开了一种超高碳钢及其制备方法，由以下组分按重量百分比组成：C1.6-2.1％、Ni3-5％、Cr13-16％、Mn0.01-0.03％、W2.3-2.6％、Co1.3-1.8％、Ne0.06-0.08％、Si0.04-0.08％、Cu0.8-1.4％、Ce0.006-0.009％、La0.003-0.007％、P≤0.03、S≤0.03、余量为铁。浇铸后热处理：(1)先升温至955-985℃，保温5小时；再降温至630-650℃，保温60分钟；再降温至300-320℃，保温3小时；再升温至520-550℃，保温3小时；(2)淬火：将产品浸入处于常温状态的水玻璃介质中进行间隙式淬火15分钟，再进行整体淬火1小时，淬火过程中水玻璃介质温度控制在100-120℃；(3)二次淬火处理：冷却到500-600℃时采用连续水流对超高碳钢的表面进行喷水冷却。经热处理后，其抗拉强度≥1330MPa，硬度≥710HV，冲击韧性≥77J/cm2，此耐磨钢具有良好的耐磨性能，但是加入合金元素含量较多，成本高。专利[CN102851470]公开一种克服超高碳钢碳化物大块或网状析出的热处理工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.44C-1.52Cr-0.73A1-0.32Si-0.62Mn，热处理工艺为：(1)组分均匀化处理：将该超高碳钢的铸态升温至1000℃，并在该温度下等温匀化退火处理5小时；(2)高温奥氏体化处理：将上述组分均匀化处理后的超高碳钢在900℃温度下等温处理30分钟；(3)高温奥氏体化后冷却处理：将高温奥氏体化处理后的超高碳钢的温度从900℃冷却到210℃，冷却速度为30℃/s；(4)中温等温处理：将上述后冷却处理后的超高碳钢在210℃温下进行中温等温处理，等温处理时间为15分钟，等温处理后水冷至室温。该超高碳钢经此热处理后将获得板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。但是，直接由铸态入手进行热处理，难免会有些许缺陷存在。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超高强高碳低合金钢及其成形和热处理工艺方法，该工艺方法，一方面，消除了铸态过程中的缺陷；另一方面，很大程度上避免了网状渗碳体的形成。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超高强高碳低合金钢，其含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.1-1.2％，Si：1.5-1.7％，Mn：1.6-1.8％，Mo：0.2-0.4％，Cr：1.3-1.5％，V：0.09-0.15％，B：0.01-0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。所述的超高强高碳低合金钢，其屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1400MPa，洛氏硬度≥57HRC，断后伸长率≥5％。作为优选，所述的超高强高碳低合金钢含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.142％，Si：1.47％，Mn：1.78％，Mo：0.31％，Cr：1.33％，V：0.1％，B：0.014％，S：0.02％，P：0.01％，余量为Fe。本专利技术的一种超高强高碳低合金钢的成形和热处理工艺方法，包括以下步骤：步骤1：成形工艺(1)按照超高强高碳钢的组分配比称量原料，进行熔炼和浇铸，浇铸后得到的超高强高碳低合金钢方锭；(2)将超高强高碳低合金钢方锭放入1000-1100℃炉中保温一段时间后，在奥氏体化再结晶区进行轧制，轧制时，每道次压下率≤20％，每道次回炉保温5-10min，累计压下率为55-65％，得到经奥氏体化再结晶区轧制后的板坯；(3)将经奥氏体化再结晶区轧制后的板坯放入降温至850-950℃的炉中保温10min，在奥氏体化非再结晶区进行轧制，轧制时，每道次压下率≤20％，每道次回炉保温5-10min，累计压下率为50-60％，轧制完成后，随炉冷却至室温，得到轧制后的薄板坯；步骤2：热处理工艺(1)将轧制后薄板坯试样进行正火处理，正火工艺为：放入温度为850-900℃的炉中，保温2-4h，然后空冷至室温，得到正火处理后的高碳低合金钢；(2)将正火处理后的高碳低合金钢进行等温球化退火处理，等温球化退火工艺为：先放入温度为800-900℃炉中，保温10-30min，再快速放入温度为650-750℃的炉中，保温2-8h，随炉冷至300℃以下取出，得到等温球化退火后的高碳低合金钢；(3)将等温球化退火后的高碳低合金钢进行等温淬火处理，等温淬火工艺为：先放入温度为750-900℃的炉中，保温10-30min，再快速放入200-300℃的盐浴炉中保温1-4h，制得超高强高碳低合金钢。所述的步骤1(1)中，所述的超高强高碳低合金钢方锭的尺寸规格为500mm×80mm×40mm。所述的步骤1(2)中，将超高强高碳低合金钢方锭放入1000-1100℃炉中，需保温20-40min。所述的步骤1(2)中，所述的轧制，轧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强高碳低合金钢，其特征在于，该超高强高碳低合金钢含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.1‑1.2％，Si：1.5‑1.7％，Mn：1.6‑1.8％，Mo：0.2‑0.4％，Cr：1.3‑1.5％，V：0.09‑0.15％，B：0.01‑0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种超高强高碳低合金钢，其特征在于，该超高强高碳低合金钢含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.1-1.2％，Si：1.5-1.7％，Mn：1.6-1.8％，Mo：0.2-0.4％，Cr：1.3-1.5％，V：0.09-0.15％，B：0.01-0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。2.如权利要求1所述的超高强高碳低合金钢，其特征在于，所述的超高强高碳低合金钢，其屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1400MPa，洛氏硬度≥57HRC，断后伸长率≥5％。3.如权利要求1所述的超高强高碳低合金钢，其特征在于，所述的超高强高碳低合金钢含有的化学成分及各个成分的重量百分比为：C：1.142％，Si：1.47％，Mn：1.78％，Mo：0.31％，Cr：1.33％，V：0.1％，B：0.014％，S：0.02％，P：0.01％，余量为Fe。4.权利要求1或3所述的超高强高碳低合金钢的成形和热处理工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：成形工艺(1)按照超高强高碳钢的组分配比称量原料，进行熔炼和浇铸，浇铸后得到的超高强高碳低合金钢方锭；(2)将超高强高碳低合金钢方锭放入1000-1100℃炉中保温一段时间后，在奥氏体化再结晶区进行轧制，轧制时，每道次压下率≤20％，每道次回炉保温5-10min，累计压下率为55-65％，得到经奥氏体化再结晶区轧制后的板坯；(3)将经奥氏体化再结晶区轧制后的板坯放入降温至850-950℃的炉中保温10min，在奥氏体化非再结晶区进行轧制，轧制时，每道次压下率≤20％，每道次回炉保温5-10min，累计压下率为50-60％，轧制完成后，随炉冷却至室温，得到轧制后的薄板坯；步骤2：热处理工艺(1)将轧制后薄板坯试样进行正火处理，正火工艺为：放入温度为850-900℃的炉中，保温2-4h，然后空冷至室温，得到正火处理后的高碳低合金钢；(2)将正火处理后的高碳低合金钢进行等温球化退火处理，等温球化退火工艺为：先放入温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宝义，解云飞，李润霞，郑黎，崔亚迪，史原脊，王文超，王操，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21