專利名稱：錳－鉻－鎢系空冷貝氏體鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
貝氏體鋼空冷自硬、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序、提高性能、節(jié)約能源，并顯著降低成本，因而引起國(guó)際上極大重視。至今，國(guó)際上空冷貝氏體鋼有兩個(gè)成分系列一類是以英國(guó)P.B.Pickering博士為首于50年代發(fā)明的Mo-B系貝氏體鋼，由于Mo元素價(jià)格昂貴而使其應(yīng)用受到極大限制；另一類是以我國(guó)方鴻生教授為首于70年代初期發(fā)明的Mn系及Mn-B系貝氏體鋼(發(fā)明專利CN8010300A和CN8010310A)。由于Mn的原料價(jià)格只有Mo的～1/50，其優(yōu)越性顯著，所以近年來Mn系貝氏體鋼得到了很好的推廣和應(yīng)用，并相繼開發(fā)出了中低碳、中碳及中高碳Mn系空冷貝氏體鋼，在鐵路，石油、采礦等多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，進(jìn)一步提高貝氏體鋼的空冷淬透性、強(qiáng)韌性、回火穩(wěn)定性等，以拓寬貝氏體鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足采礦、建筑、鐵路、汽車、軍工、石油等行業(yè)的需要；以Mn、Si、Cr為主要合金元素，以W為主要輔加元素，使該鋼種具有高的淬透性，空冷即可得到均勻的貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，性能更為優(yōu)良，能夠降低材料的使用成本。
本發(fā)明提出的錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，包括以下成分，其重量百分比為C 0.06～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～2.00wt.％；Cr0.10～2.00wt.％；W 0.10～1.00wt.％；余為Fe。
本發(fā)明提出的錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，是在錳系空冷貝氏體鋼的基礎(chǔ)上改良成分得到的。由實(shí)驗(yàn)證明，在錳-硅-鉻鋼的基礎(chǔ)上添加少量的W元素(0.1％～1％)，便能明顯推遲高溫轉(zhuǎn)變，并降低中溫貝氏體轉(zhuǎn)變溫度。這是由于W和Mn元素產(chǎn)生復(fù)合金化作用，顯著提高了鋼的空冷淬透性，其效果遠(yuǎn)高于單獨(dú)添加Mn、Cr元素或W、Cr元素。正是由于W、Mn、Cr的復(fù)合金化作用使本發(fā)明鋼具有高的貝氏體空冷淬透性，空冷后即可獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。本發(fā)明鋼中，部分實(shí)驗(yàn)鋼當(dāng)冷速大于0.056℃/s時(shí)便可得到貝氏體，相當(dāng)于厚度為200mm的板材空冷后即可獲得貝氏體或貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，硬度值＞Hv320。因此，此類鋼可免去淬火工序，節(jié)約生產(chǎn)成本。此外，W的加入還能同時(shí)提高鋼的回火穩(wěn)定性，改善鋼的強(qiáng)度與韌性。以56V鋼(成分為0.20～0.30wt％C、適量Mn、0.50～1.60wt.％Si、0.50～1.00wt.％Cr)為例，在其成分基礎(chǔ)上添加0.40～0.70wt％W(W2鋼)，與原不含鎢鋼進(jìn)行比較(如圖1、圖2)，不同熱處理工藝下，含W鋼W2的強(qiáng)韌性普遍優(yōu)于不含W鋼56V；當(dāng)回火溫度高于340℃，不含W鋼56V的抗拉強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σ0.2均出現(xiàn)明顯下降，韌性值A(chǔ)kv≤20J；而含W鋼W2經(jīng)400℃回火后，保持高的強(qiáng)度和韌性，其σb≥1300MPa；σ0.2≥1100MPa；δ5≥15％；ψ≥60％；Akv≥50J。因此在鋼中添加W能使鋼在較高溫度下回火，得到良好的強(qiáng)度韌性配合。
因此本發(fā)明提出的錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，具有高的強(qiáng)韌性及貝氏體空冷淬透性，空冷條件下即可獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，可免除淬火工序，適用于制造各種軸類零件、結(jié)構(gòu)件、各類彈簧、耐磨零件、精密模具和耐磨鑄鋼件。部分試驗(yàn)鋼在空冷條件下，即可獲得σb≥1350MPa；σ0.2≥950MPa；δ5≥14％；ψ≥40％；akv≥65J/cm2，可以用于替代現(xiàn)有鐵路轍叉鋼及重型鋼軌，性能更為安全可靠。該鋼種經(jīng)高溫回火后具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合，可替代性能相近的調(diào)質(zhì)鋼，用來制作各種高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，并可進(jìn)行表面淬火；以彈簧鋼為例，經(jīng)中溫回火后σb≥1900MPa；σ0.2≥1650MPa；σ0.2/σb≥0.88，δ5≥7％；ψ≥35％；Aku≥35J/cm2；σr0.1≥1630MPa，可取代現(xiàn)有彈簧鋼用于制作板彈簧、圓彈簧及變截面彈簧，具有減少加熱次數(shù)、縮短生產(chǎn)流程的顯著特點(diǎn)，并可大幅度降低成本。
綜上所述，本發(fā)明錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼的優(yōu)點(diǎn)在于以Mn、Si、Cr為主要合金元素，以W為主要輔加元素，具有高的淬透性，空冷即可得到均勻的貝氏體/馬氏體復(fù)相組織；與同強(qiáng)度級(jí)別的其他類型組織鋼相比，具有強(qiáng)韌性優(yōu)良、淬透性高、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。


圖1是含W鋼與不含W鋼不同回火溫度下的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度比較。
圖2是含W鋼與不含W鋼不同回火溫度下的V型缺口沖擊韌性比較。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，包括以下成分，其重量百分比為C 0.06～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～2.00wt.％；Cr0.10～2.00wt.％；W 0.10～1.00wt.％；余為Fe。
上述錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼中的主要合金元素，其重量百分比還可以為C 0.06～0.29wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～2.00wt.％；Cr0.30～2.00wt.％；W 0.20～1.00wt.％上述錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼中的主要合金元素，其重量百分比還可以為
C 0.35～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.90～2.00wt.％；Cr0.30～2.00wt.％；W 0.20～1.00wt.％上述錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼中的主要合金元素，其重量百分比還可以為C 0.29～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～0.90wt.％；Cr0.30～1.00wt.％；W 0.30～1.00wt.％上述錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，還可以包括以下一種或幾種合金元素，其重量百分比可以為V 0.03～0.10wt.％；Nb0.03～0.10wt.％；B 0.001～0.004wt.％；Mo0.05～0.50wt.％；Ni0.20～3.00wt.％；Ti≤0.10wt.％；S 0.04～0.1wt.％；Ca0.001～0.01wt.％以下列舉
具體實(shí)施例方式


本發(fā)明提出的錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，可以用常規(guī)的方法溶煉。適合用于制造彈簧、齒條、板材、鐵路轍叉、重型鋼軌、大型螺栓、耐磨零件、無縫鋼管、抽油桿、精密模具、耐磨鑄鋼件等。
權(quán)利要求
1.一種錳-鉻-鎢系空冷貝氏體鋼，其特征在于包括以下成分，其重量百分比為C 0.06～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～2.00wt.％；Cr0.10～2.00wt.％；W 0.10～1.00wt.％；余為Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的空冷貝氏體鋼，其特征在于其中主要合金元素的重量百分比為C 0.06～0.29wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～2.00wt.％；Cr0.30～2.00wt.％；W 0.20～1.00wt.％。
3.如權(quán)利要求1所述的空冷貝氏體鋼，其特征在于其中主要合金元素的重量百分比為C 0.35～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.90～2.00wt.％；Cr0.30～2.00wt.％；W 0.20～1.00wt.％。
4.如權(quán)利要求1所述的空冷貝氏體鋼，其特征在于其中主要合金元素的重量百分比為C 0.29～0.55wt.％；Mn1.90～3.00wt.％；Si0.20～0.90wt.％；Cr0.30～1.00wt.％；W 0.30～1.00wt.％。
5.如權(quán)利要求1所述的空冷貝氏體鋼，其特征在于還包括以下合金元素，其重量百分比為V 0.03～0.10wt.％；Nb0.03～0.10wt.％；B 0.001～0.004wt.％；Mo0.05～0.50wt.％；Ni0.20～3.00wt.％；Ti≤0.10wt.％；S 0.04～0.1wt.％；Ca0.001～0.01wt.％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錳－鉻－鎢系空冷貝氏體鋼，屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的鋼種是一類新型錳－鉻－鎢系空冷貝氏體鋼，采用錳、硅、鉻為主要合金元素，以鎢為主要輔加元素，具有高的強(qiáng)韌性及貝氏體空冷淬透性，空冷條件下即可獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，可免除淬火工序，適用于制造各種軸類零件、結(jié)構(gòu)件、各類彈簧、耐磨零件、精密模具和耐磨鑄鋼件。該鋼種經(jīng)高溫回火后具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合，可替代性能相近的調(diào)質(zhì)鋼，用來制作各種高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，并可進(jìn)行表面淬火。
文檔編號(hào)C22C38/34GK1844435SQ200610078770
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者方鴻生, 章立群, 鄭燕康, 白秉哲, 楊志剛, 譚諄禮, 余貴春, 黃敬新, 楊福寶 申請(qǐng)人:清華大學(xué)