【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料，具体涉及一种马氏体钢及其制备方法。
技术介绍
1、一直以来，我国基础零件的耐磨性明显低于国外先进产品水平。近几年我国耐磨钢领域的技术发展取得了长足进步，武钢、鞍钢、宝钢、舞阳、太钢等中厚板厂均能稳定供应hb400硬度级别以下的耐磨钢板，部分厂家可以生产hb500以下强度级别的耐磨钢板。目前hb400以上强度级别耐磨钢板仍主要依赖进口。我国耐磨钢产品强度级别、性能与国外产品相比仍有不小差距。
2、马氏体耐磨钢凭借高强度、高强度等特点成为耐磨钢的首选。同时马氏体耐磨钢凭借其简易的制造工艺、较低的材料成本、优秀且稳定的力学性能，在煤炭采运、轨道交通和工程机械等方面有着广泛应用。硬度作为马氏体耐磨钢的评级标准，其可以有效的影响马氏体耐磨钢的磨损率，随着基体硬度的提高，材料的耐磨性也随之增加。但材料的硬度和韧性一般具有倒置关系，即提高硬度会导致材料的韧性大幅度下降，易导致耐磨钢在服役过程中发生脆性断裂，大幅度降低使用安全性。同时，在相同硬度条件下，耐磨材料的韧性越好其耐磨性也越高。通过一定的元素选择、含量调整和优化热处理工艺，有望在提升马氏体耐磨钢综合力学性能同时提升其磨损性能。因此，探究马氏体钢的成分和热处理工艺对其力学性能和耐磨损性能的作用机理，开发出综合力学性能优异的高耐磨马氏体钢具有重要研究意义和工业应用价值。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术提供一种马氏体钢及其制备方法，优化了马氏体钢合金成分和热处理工艺，提高材料的耐磨性能的同时提
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种马氏体钢，化学元素的质量百分比为：c 0.3～0.6wt％、mn 2～2.6wt％、cr 0.3～0.7wt％、ni0.05～0.2wt％、mo0.4～0.8wt％、si 1.3～1.7wt％、v 0.05～0.2wt％、al 1～1.5wt％，余量为铁以及不可避免的杂质。
3、本专利技术的有益效果是：在本专利技术中的高耐磨马氏体钢中，碳元素在马氏体耐磨钢中直接影响淬火马氏体的组织形态和碳化物的析出数量，进而对强度、塑韧性产生影响。一般认为碳原子的固溶强化是碳在马氏体中提升强度的主要原因。随着碳含量的增加，马氏体中固溶的碳越多，强度越高，韧性下降。在低碳马氏体钢中马氏体主要以板条状存在，由于其碳化物分布均匀、低碳导致的固溶强化相对较弱，因此拥有较好的塑性。在中碳钢中马氏体以片状和板条状存在，结合低温回火的热处理工艺，可以在不过量牺牲塑性的同时，显著提高强度，从而具有较为优异的综合力学性能，因此，综合考虑控制c的含量为0.3～0.6wt％。
4、锰元素在马氏体耐磨钢中能固溶于铁素体或奥氏体中，提高钢的强度和硬度。锰元素能使珠光体转变温度显著降低，使钢的c曲线强烈向右移动，因此临界淬火速率减小，表现出良好的淬透性，有利于钢向贝氏体和马氏体转变。但是随着锰元素含量增加，会引起晶内偏析和中心偏析，导致塑韧性显著下降。因此，综合考虑控制mn的含量为2～2.6wt％。
5、铬元素在固溶强化、使c曲线右移、降低马氏体转变点ms、增加淬透性方面，同锰元素的作用类似，但是亦具备许多锰元素所不及的优点。如铬元素具有较好的回火抗力、耐腐蚀和抗氧化性能；同时，铬元素还可以与铁元素形成连续固溶体，与碳元素形成多种复杂碳化物，如m7c3型碳化物，可以提高马氏体耐磨钢的强度和硬度，从而提高其磨损性能。因此，综合考虑控制cr的含量为0.3～0.7wt％。
6、镍元素在钢中以固溶的形式存在于α相和γ相中，能起到固溶强化的作用；同时其不与碳元素形成碳化物，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素，可以改善马氏体耐磨钢的塑韧性。但是镍元素较为稀缺，添加更多不利于控制成本。因此综合考虑控制ni的含量为0.05～0.2wt％。
7、钼元素能够提高钢的淬透性，促进马氏体组织的生成，防止回火脆性。同时，钼元素通过细化晶粒和抑制晶界脆化，改善马氏体耐磨钢的塑韧性和抗冲击性能。但是钼元素是贵重金属，价格昂贵，在设计时要考虑到与cr和ni元素的协同作用。因此，综合考虑控制mo的含量为0.4～0.8wt％。
8、硅元素易溶入铁素体中起到固溶强化作用，也能溶于渗碳体，使渗碳体不稳定，阻碍其析出和偏聚；同时硅元素亦会推迟碳化物向渗碳体转变，使其发生低温回火脆性的温度范围升高，从而提高抗回火性能。但是硅元素含量过高，容易产生淬火裂纹，增加回火脆性。因此，综合考虑控制si的含量为1.3～1.7wt％。
9、钒元素可以提高马氏体耐磨钢的淬透性，增强碳化物的弥散析出；同时细化晶粒和抑制晶粒长大，提高材料的强度、硬度、冲击韧性和耐磨性。但是，钒元素添加过多会使马氏体耐磨钢的加工性能明显恶化。因此，综合考虑控制v的含量为0.05～0.2wt％。
10、铝元素的添加可以明显减低材料的密度，实现材料的轻质化；同时细化晶粒，提高材料的强度和硬度。因此，综合考虑控制铝元素的含量为1-1.5wt％。
11、c、mn、cr、ni等元素通过溶入fe基体，造成晶格畸变，从而提高钢的强度和硬度。mn、cr、ni、mo等元素提高钢的淬透性，使钢在淬火后通过扩大奥氏体区、降低临界转变温度的方式，影响奥氏体向马氏体转变，ni、si相结合促进了析出相的均匀形核，提高钢的塑性变形能力和韧性。
12、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
13、进一步，化学元素的质量百分比为：c 0.46wt％、mn 2.3wt％、cr 0.49wt％、ni0.09wt％、mo 0.68wt％、si 1.5wt％、v 0.08wt％、al 1.12wt％，余量为铁以及不可避免的杂质。
14、采用进一步技术方案的有益效果是：优选化学成分质量百分比，得到综合性能优异的马氏体钢。
15、进一步，马氏体钢的微观组织按体积百分比为：95％～97％的回火马氏体组织和3％～5％的m7c3析出相。
16、采用进一步技术方案的有益效果是：m7c3析出相(m7c3碳化物)在马氏体组织内均匀分布，有效地阻碍了位错运动从而增强了材料的强度及硬度。在适当的热处理条件下，如奥氏体化后回火处理，m7c3碳化物能够发生沉淀硬化和二次硬化，使材料的硬度和抗拉强度升高，这种强化效果主要来源于碳化物对基体组织的强化作用；但过高的析出量或不当的热处理工艺也可能导致材料韧性的降低。因此，在追求高强度和高硬度的同时，控制3％～5％的体积百分比含量保持了马氏体钢的良好韧性。
17、本专利技术还公开了一种马氏体钢的制备方法，包括以下步骤：
18、s1：按化学元素的质量百分比配制原料，将原料冶炼和锻造得坯料一；
19、s2：将坯料一热轧至厚度为2mm薄板钢材后，将薄板钢材以15～25℃/min的速率加热到ac3温度至ac3温度+50℃，并保温5～25min，得坯料二；
20、s3：将坯料二淬火后，冷却至室温，得坯料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种马氏体钢，其特征在于，化学元素的质量百分比为：C 0.3～0.6wt％、Mn 2～2.6wt％、Cr 0.3～0.7wt％、Ni 0.05～0.2wt％、Mo 0.4～0.8wt％、Si 1.3～1.7wt％、V0.05～0.2wt％、Al 1～1.5wt％，余量为铁以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的马氏体钢，其特征在于，化学元素的质量百分比为：C0.46wt％、Mn 2.3wt％、Cr 0.49wt％、Ni 0.09wt％、Mo 0.68wt％、Si 1.5wt％、V0.08wt％、Al 1.12wt％，余量为铁以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的马氏体钢，其特征在于，所述马氏体钢的微观组织按体积百分比为：95％～97％的回火马氏体组织和3％～5％的M7C3析出相。
4.权利要求1～3任一项所述的马氏体钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的马氏体钢的制备方法，其特征在于：所述冶炼和锻造的步骤为：
6.根据权利要求4所述的马氏体钢的制备方法，其特征在于：所述Ac3
7.根据权利要求4所述的马氏体钢的制备方法，其特征在于：所述淬火的方式为水淬。
8.根据权利要求4所述的马氏体钢的制备方法，其特征在于：所述空冷的速率为20℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种马氏体钢，其特征在于，化学元素的质量百分比为：c 0.3～0.6wt％、mn 2～2.6wt％、cr 0.3～0.7wt％、ni 0.05～0.2wt％、mo 0.4～0.8wt％、si 1.3～1.7wt％、v0.05～0.2wt％、al 1～1.5wt％，余量为铁以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的马氏体钢，其特征在于，化学元素的质量百分比为：c0.46wt％、mn 2.3wt％、cr 0.49wt％、ni 0.09wt％、mo 0.68wt％、si 1.5wt％、v0.08wt％、al 1.12wt％，余量为铁以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐小军，梁云霄，李浩，朱旻昊，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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