無(wú)鋁超高碳鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高碳鋼及其制備方法，具體涉及一種無(wú)鋁超高碳鋼及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超高碳鋼是含碳量在I. 0~2. Iwt %的鐵基合金材料。由于碳含量過(guò)高，傳統(tǒng)方 法在制備超高碳鋼時(shí)很難避免碳的偏析，以及大量的網(wǎng)狀碳化物生成，從而使鋼具有極高 的脆性，因而超高碳鋼在工業(yè)化的應(yīng)用一直被人們所忽視。
[0003] 合金化和熱處理是提高超高碳鋼性能的兩個(gè)重要途徑。隨著人們對(duì)材料的不斷探 索，形成了一系列有關(guān)超高碳鋼的合金化工藝和熱處理工藝。
[0004] 鋁是鐵素體形成元素，超高碳鋼中添加鋁的目的在于：提高Al溫度，改善制備工 藝。0 D sherby等人在1988年對(duì)錯(cuò)在超高碳鋼中的作用進(jìn)行了的研究。錯(cuò)和娃一樣，都能 提高Al溫度，擴(kuò)大超塑性溫度范圍，Peng等人通過(guò)在超高碳鋼中加入合金元素鋁，在高碳 情況下獲得了一種完全的細(xì)珠光體組織。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，超高碳鋼可以通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝，使 其中的碳化物變得細(xì)小、球化。經(jīng)球化后的碳化物，均勻分布在珠光體基體上，對(duì)超高碳鋼 的合金化工作，主要集中在添加鋁元素方面，但對(duì)于無(wú)鋁超高碳鋼，并沒(méi)有深入的研究。實(shí) 驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于無(wú)鋁元素的超高碳鋼，只要合理地控制合金元素含量，也能得到無(wú)網(wǎng)狀碳化物 的組織，也就是為無(wú)鋁超高碳鋼的應(yīng)用和熱處理打下基礎(chǔ)。
[0005] 對(duì)超高碳鋼的熱處理工藝，人們采取各種措施，目前國(guó)內(nèi)外多采用形變熱處理工 藝、多重?zé)崽幚韽?fù)合工藝和粉末冶金工藝技術(shù)來(lái)控制超高碳鋼的組織和狀態(tài)分布，以達(dá)到 超高碳鋼的強(qiáng)韌協(xié)調(diào)。但是上述方法有工藝控制復(fù)雜、不符合環(huán)保要求、循環(huán)周期較長(zhǎng)等問(wèn) 題。
[0006] 因此探索一種工藝簡(jiǎn)單、高效率、低成本的生產(chǎn)技術(shù)是超高碳鋼得以工業(yè)化應(yīng)用 的關(guān)鍵。
[0007] 本專利針對(duì)一種無(wú)鋁超高碳鋼采取合理地合金化成分設(shè)計(jì)并進(jìn)行簡(jiǎn)單的熱處理， 就能得到無(wú)網(wǎng)狀碳化物的組織，為無(wú)鋁超高碳鋼的應(yīng)用和熱處理打下基礎(chǔ)，這對(duì)于提高材 料的綜合力學(xué)性能，簡(jiǎn)化工藝，降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)材料使用壽命，具有重大的理論意義和 實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)鋁超高碳鋼及其制備方法，以解決上述問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼，由以下成分組成（重量百分比）：
[0010] € 1.81-2.1% Cr 1,0-1.3%
[0011]
[0012] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0013] (1)按上述無(wú)鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內(nèi)熔煉，控制爐內(nèi)熔 體溫度為1460~1510°C ;采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預(yù)熱至280~310°C，將溫度 為1480~15KTC熔體澆注于金屬模具中，5~IOmin后進(jìn)行脫模處理得到無(wú)鋁超高碳鋼；
[0014] (2)熱處理：將步驟⑴所得無(wú)鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以以10~15°C /minW 熱到850~865°C，保溫110~130min ;然后再以5°C /min左右的速度冷至730°C~750°C， 保溫Ih左右；最后爐冷，得到無(wú)鋁超高碳鋼。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0016] 本發(fā)明通過(guò)控制超高碳鋼的合金成分及熱處理工藝參數(shù)，得到無(wú)鋁超高碳鋼，避 免完全奧氏體化后重新析出大塊或網(wǎng)狀碳化物，以使材料組織中的碳化物細(xì)化且較為均勻 地分布在基體中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)韌性的協(xié)調(diào)和加工過(guò)程的低能耗，并且操作簡(jiǎn)便。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得試樣的金相照片；
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得試樣的金相照片；
[0019] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所得試樣的金相照片。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 實(shí)施例1
[0021] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼，由以下成分組成（重量百分比）：
[0022] 碳 L 81 %、鉻 1.0%、硅 0· 1 %、錳 0.6%、鉬 0.05%，鐵 96. 44%。
[0023] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)按上述無(wú)鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內(nèi)熔煉，控制爐內(nèi)熔 體溫度為1460°C ;采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預(yù)熱至280°C，將溫度為1480°C熔體 澆注于金屬模具中，5min后進(jìn)行脫模處理得到無(wú)鋁超高碳鋼；
[0025] (2)熱處理：將步驟⑴所得無(wú)鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以10°C /min的速度加 熱到85°C，保溫IlOmin ;然后再以5°C /min的速度冷至730°C，保溫50min ;最后隨爐冷卻， 得到無(wú)鋁超高碳鋼。
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得試樣的金相照片，由圖可觀察到：組織中沒(méi)有大量的網(wǎng) 狀碳化物析出，并且碳化物尺寸較小，且總量較少。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼，由以下成分組成（重量百分比）：
[0029] 碳 2. 1%、鉻 1.3%、硅 0.2%、錳 0.8%、鉬0· 15%，鐵 95. 45%。
[0030] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0031] (1)按上述無(wú)鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內(nèi)熔煉，控制爐內(nèi)熔 體溫度為1510°C ;采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預(yù)熱至310°C，將溫度為1510°C熔體 澆注于金屬模具中，IOmin后進(jìn)行脫模處理得到無(wú)鋁超高碳鋼；
[0032] (2)熱處理：將步驟⑴所得無(wú)鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以15°C /min的速度加 熱到865°C，保溫130min ;然后再以8°C /min的速度冷至750°C，保溫70min ;最后隨爐冷卻， 得到無(wú)鋁超高碳鋼。
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得試樣的金相照片，由圖可觀察到：碳化物呈細(xì)小的顆粒 狀，且較為均勻分布，在整個(gè)視場(chǎng)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼，由以下成分組成（重量百分比）：
[0036] 碳 2.0%、鉻 I. 1%、硅 0· 15%、錳 0.7%、鉬 0· 1%，鐵 95. 95%。
[0037] 本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0038] (1)按上述無(wú)鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內(nèi)熔煉，控制爐內(nèi)熔 體溫度為1480°C ;采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預(yù)熱至300°C，將溫度為1500°C熔體 澆注于金屬模具中，Smin后進(jìn)行脫模處理得到無(wú)鋁超高碳鋼；
[0039] (2)熱處理：將步驟⑴所得無(wú)鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以12°C /min的速度加 熱到860°C，保溫120min ;然后再以6°C /min的速度冷至740°C，保溫60min ;最后隨加熱爐 自然冷卻，得到無(wú)鋁超高碳鋼。
[0040] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所得試樣的金相照片，由圖可觀察到：主要由白色的塊狀和 灰黑色的塊狀兩種襯度組織組成，結(jié)合試樣的XRD圖譜可知，白色襯度組織為碳化物，灰黑 色組織為珠光體。碳化物呈細(xì)小的顆粒狀均勻分布在珠光體組織中，在整個(gè)視場(chǎng)中沒(méi)有發(fā) 現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)鋁超高碳鋼，其特征在于，由以下成分組成（重量百分比）：2. -種如權(quán)利要求1所述的無(wú)鋁超高碳鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 按上述無(wú)鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內(nèi)熔煉，控制爐內(nèi)熔體 溫度為1460~1510°C;采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預(yù)熱至280~310°C，將溫度為 1480~15KTC熔體澆注于金屬模具中，5~lOmin后進(jìn)行脫模處理得到無(wú)鋁超高碳鋼； (2) 熱處理：將步驟（1)所得無(wú)鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以10~15°C/min加熱到 850~865°C，保溫110~130min;然后再以5-8°C/min的速度冷至730°C~750°C，保溫 50-70min;最后隨爐冷卻，得到無(wú)錯(cuò)超高碳鋼。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無(wú)鋁超高碳鋼，由以下化學(xué)成分按重量百分比組成：碳1.81-2.1％、鉻1.0-1.3％、硅0.1-0.2％、錳0.6-0.8％、鉬0.05-0.15％，余量為鐵；本發(fā)明無(wú)鋁超高碳鋼的制備方法，按上述無(wú)鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內(nèi)熔煉并處理，得到無(wú)鋁超高碳鋼試樣，在經(jīng)過(guò)熱處理得到本發(fā)明所述的無(wú)鋁超高碳鋼。本發(fā)明通過(guò)控制超高碳鋼的合金成分及熱處理工藝參數(shù)，得到無(wú)鋁超高碳鋼，避免完全奧氏體化后重新析出大塊或網(wǎng)狀碳化物，以使材料組織中的碳化物細(xì)化且較為均勻地分布在基體中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)韌性的協(xié)調(diào)和加工過(guò)程的低能耗，并且操作簡(jiǎn)便。
【IPC分類】C22C38/18, C22C33/04
【公開號(hào)】CN105018849
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510497614
【發(fā)明人】薛貫魯, 楊恩然
【申請(qǐng)人】濟(jì)寧市技師學(xué)院
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年8月13日