一种高碳中高合金钢及其制备方法技术

本发明专利技术关于一种高碳中高合金钢及其制备方法，其中，所述制备方法包括如下步骤：步骤1)采用真空感应熔炼工艺、真空自耗熔炼工艺制备出自耗锭；在自耗锭中：液析碳化物的最大等效直径小于100μm、全氧含量小于10ppm、夹杂物尺寸≤10μm、N含量小于40ppm；步骤2)以自耗锭作为坯料，先进行保温处理，再进行至少一次高温扩散及热变形处理，得到高碳中高合金钢；其中，每一次高温扩散及热变形处理的步骤包括：以设定升温速率将坯料的温度升温至高温扩散处理温度，进行高温扩散处理；再以设定降温速率将坯料的温度降温至热变形处理温度，进行热变形处理。本发明专利技术提供一种替代粉末冶金技术的低成本工艺，能有效减小甚至消除高碳中高合金钢中的粗大析出相。的粗大析出相。的粗大析出相。

【技术实现步骤摘要】
一种高碳中高合金钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种金属材料
，特别是涉及一种高碳中高合金钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]对于大尺寸金属材料，传统的制备路线是先进行纯净化冶炼，模铸成锭或连铸成坯，然后进行锻轧和热处理制造成材，最后将材成形为构件等。该制备路线导致金属材料存在严重的尺寸效应，断面尺寸越大，心部冷却速度越慢，材料的偏析越严重，在非平衡凝固条件下，微观偏析将导致粗大析出相的形成。这些析出相在后续锻轧和热处理过程中虽然有所改善，但是难以达到令人满意的效果，特别是针对服役寿命有着极高要求或服役环境极其苛刻的情形。
[0003]为了解决这些粗大析出相的共性难题，国际上开发了粉末冶金技术。其中，粉末冶金工艺具体为：先将材料高压喷射成粉，然后采用热等静压等技术将粉末致密和烧结制成块体，再成形为各种构件。粉末冶金的优点是可以有效解决材料的偏析问题，使难成形的材料更均匀。
[0004]对于现有的高品质高碳中高合金钢的制备工艺，往往采用粉末冶金方法制备出碳化物细小的母材，以提高服役性能。粉末冶金方法主要广泛使用在工模具钢、高速钢等制备中。但是，由于制粉工序复杂，纯净度无法达到双真空熔炼水平，同时受限于热等静压装备的制造能力，生产效率低下，成本极高，制造周期长，很难制备高纯大尺寸母材，且材料利用率低，纯度、孔隙问题难以解决，工艺可控性较差。
[0005]综上，目前亟需研发一种可替代粉末冶金技术的低成本制备工艺，以实现大尺寸金属材料中粗大析出相有效减小甚至完全消除，经济上能够有效降低制造成本、减少工艺复杂度和缩短制造周期的技术效果。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种高碳中高合金钢及其制备方法，主要目的在于提供一种替代粉末冶金技术的低成本制备工艺，以有效减小高碳中高合金钢材料中的粗大析出相。
[0007]需要说明的是：本申请的高碳中高合金钢是碳含量为0.6％以上，合金元素总含量在5％以上的合金钢。
[0008]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0009]一方面，本专利技术的实施例提供一种高碳中高合金钢的制备方法，其包括如下步骤：
[0010]步骤1)：采用真空感应熔炼工艺、真空自耗熔炼工艺制备出自耗锭；其中，在所述自耗锭中：液析碳化物的最大等效直径小于100μm、全氧含量小于10ppm、夹杂物尺寸≤10μm、N含量小于40ppm；
[0011]步骤2)：以所述自耗锭作为坯料，对所述坯料先进行保温处理，再进行至少一次高
温扩散及热变形处理，得到高碳中高合金钢；
[0012]其中，每一次所述高温扩散及热变形处理的步骤，包括：以设定升温速率将坯料的温度升温至高温扩散处理温度，进行高温扩散处理；然后再以设定降温速率将坯料的温度降温至热变形处理温度，进行热变形处理；
[0013]其中，所述设定降温速率为150
‑
300℃/h；
[0014]其中，当坯料的温度低于1000℃时，则所述设定升温速率≤80℃/h，当坯料的温度大于等于1000℃时，则所述设定升温速率≥120℃/h。
[0015]优选的，在所述步骤1)中的真空自耗熔炼工艺中：
[0016]锭型的直径≤410mm；和/或
[0017]熔池的中心深度和自耗锭直径的比值为0.4
‑
0.6；和/或
[0018]自耗锭的起弧段和补缩端的切除量≥100mm。
[0019]优选的，在所述步骤1)中的真空自耗熔炼工艺中：自耗锭中的碳化物最大等效直径小于100μm，优选不超过50μm。
[0020]优选的，在所述步骤2)中：
[0021]所述保温处理的温度为300
‑
1000℃，且所述保温处理为多级保温处理；其中，后一级的保温处理温度高于前一级的保温处理温度；
[0022]优选的，在所述保温处理的步骤中：升温速率≤80℃/h，优选为50
‑
80℃/h，进一步优选为80℃/h。
[0023]优选的，所述保温处理为两级保温处理，具体如下：
[0024]先将所述坯料加热至第一保温处理温度进行第一级保温处理，然后再加热至第二保温处理温度进行第二级保温处理；其中，所述第一级保温处理的温度为300
‑
500℃，第二级保温处理的温度为800
‑
900℃；优选的，所述第一级保温处理的时间大于等于5h；优选的，所述第二级保温处理的时间大于等于5h。
[0025]优选的，在所述高温扩散及热变形处理的步骤中：所述设定升温速率为150
‑
400℃/h，优选为180
‑
300℃/h。
[0026]优选的，在所述高温扩散及热变形处理的步骤中：
[0027]所述高温扩散处理的温度≥1200℃，优选为1200
‑
1250℃；每次所述高温扩散处理的时间≥20h，优选为25
‑
40h；和/或
[0028]所述热变形处理的温度≤1170℃，优选为1130
‑
1170℃；和/或
[0029]所述热变形处理为锻造热变形处理。
[0030]优选的，在所述步骤2)中：进行高温扩散及热变形处理的次数为2
‑
3次。
[0031]优选的，经步骤2)处理后，得到的高碳中高合金钢为块体或棒材。
[0032]另一方面，本专利技术实施例提供一种高碳中高合金钢，其中，所述高碳中高合金钢中的碳化物的最大等效直径≤8μm；优选的，所述高碳中高合金钢是由上述任一项所述的高碳中高合金钢的制备方法制备而成。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的一种高碳中高合金钢及其制备方法至少具有下列有益效果：
[0034]本专利技术实施例提供一种高碳中高合金钢的制备方法，主要包括如下步骤：步骤1)采用真空感应熔炼工艺、真空自耗熔炼工艺制备出自耗锭；其中，在自耗锭中：液析碳化物
的最大等效直径小于100μm、全氧含量小于10ppm、夹杂物尺寸≤10μm、N含量小于40ppm；步骤2)以自耗锭作为坯料，对坯料先进行保温处理，再进行至少一次高温扩散及热变形处理(尤其是控制高温扩散处理前的升温速率、高温扩散处理后的降温速率)，得到高碳中高合金钢。关于上述步骤说明如下：上述步骤1)主要是完成自耗锭的纯净度和原始碳化物尺寸控制，在此基础上，步骤2)为了防止碳化物在高温区升温时间过长，碳化物会发生球化及长大情况，选取快速升温，经过高温扩散回溶处理后，同样选取快速冷却的方法，防止后续降温过程中未完全回溶的碳化物长大，再结合后续的热变形处理，实现所制备的高碳中高合金钢中析出相小尺寸精准控制。另外，根据初始自耗锭的碳化物条件以及为达到高碳中高合金钢中的碳化物最大有效直径尺寸≤8μm的目的，可进行多次高温扩散及热处理，减少直至消除大尺寸析出相。本专利技术实施例所实施操作过程，不仅完成碳化物有效精准控制，而且避免高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碳中高合金钢的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤1)：采用真空感应熔炼工艺、真空自耗熔炼工艺制备出自耗锭；其中，在所述自耗锭中：液析碳化物的最大等效直径小于100μm、全氧含量小于10ppm、夹杂物尺寸≤10μm、N含量小于40ppm；步骤2)：以所述自耗锭作为坯料，对所述坯料先进行保温处理，再进行至少一次高温扩散及热变形处理，得到高碳中高合金钢；其中，每一次所述高温扩散及热变形处理的步骤，包括：以设定升温速率将坯料的温度升温至高温扩散处理温度，进行高温扩散处理；然后再以设定降温速率将坯料的温度降温至热变形处理温度，进行热变形处理；其中，所述设定降温速率为150
‑
300℃/h；其中，当坯料的温度低于1000℃时，则所述设定升温速率≤80℃/h，当坯料的温度大于等于1000℃时，则所述设定升温速率≥120℃/h。2.根据权利要求1所述的高碳中高合金钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中的真空自耗熔炼工艺中：锭型的直径≤410mm；和/或熔池的中心深度和自耗锭直径的比值为0.4
‑
0.6；和/或自耗锭的起弧段和补缩端的切除量≥100mm。3.根据权利要求1或2所述的高碳中高合金钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中的真空自耗熔炼工艺中：自耗锭中的碳化物最大等效直径小于100μm，优选不超过50μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的高碳中高合金钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：所述保温处理的温度为300
‑
1000℃，且所述保温处理为多级保温处理；其中，后一级的保温处理温度高于前一级的保温处理温度；优选的，在所述保温处理的步骤中：升温速率≤80℃/h，优选为50
‑
80℃/h，进一步优选为80℃/h。5.根据权利要求4所述的高碳中高合金钢的制备方法，其特征在于，所述保温处理为两级保温处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殿中，刘宏伟，曹艳飞，刘航航，孙明月，王培，夏立军，徐斌，赵志坡，类承帅，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：