專利名稱：一種含銅高淬透性貝氏體鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含銅高淬透性貝氏體鋼及其制造方法，屬于鋼鐵材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱加工后空冷便可得到貝氏體或貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的空冷貝氏體型鋼具有組織硬 度均勻等優(yōu)點，而且由于其制造工藝簡單、成本低廉，現(xiàn)在已經(jīng)在越來越多的場合得到應(yīng)用。
中國專利公開號為CN1189542A的多元微合金化空冷貝氏體鋼通過加入微量合金元素可 以在大截面范圍內(nèi)空冷獲得以貝氏體/馬氏體為主的復(fù)相組織，該鋼的碳含量在0.50%以上， 錳含量在2.00%以上，并且添加0.0005 0.0050%的硼，來提高貝氏體淬透性。由于碳、錳屬 于易偏析合金元素，且在冶煉過程中硼的含量也難于精確控制，中國專利公開號為 CN1477226A的中低碳錳系空冷貝氏體鋼中也以錳為主要合金元素，這都對工藝性能造成了 一定程度的削弱。
本發(fā)明降低碳及猛的含量，以銅、鎳、鉻、硅、鉬、釩、鋁為主要合金元素，不需要加 成分難以控制的硼，熱加工后空冷/風(fēng)冷可以在很寬的冷卻范圍內(nèi)得到以貝氏體為主并含有 3 15wty。殘余奧氏體的組織，用于制作汽車保險杠模具、洗衣機模具等，具有良好的應(yīng)用前 景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明降低碳及錳的含量，以銅、鎳、鉻、硅、鉬、釩、鋁為主要合金元素，不需要加 成分難以控制的硼，與適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝相配合，使得在熱加工后空冷/風(fēng)冷獲得以貝氏體為主 并含有3~15wt %殘余奧氏體的組織。本發(fā)明鋼空冷/風(fēng)冷后在40(TC 60(TC回火2 4小時， 消除應(yīng)力，并使厚度為100 800mm的大截面板坯獲得均勻的貝氏體或貝氏體/馬氏體的復(fù)相 組織，截面硬度達(dá)到28 40HRC。本發(fā)明鋼在不高于60(TC回火時，隨著溫度的變化硬度不但 不下降，還有時效峰的出現(xiàn)。這主要是因為本發(fā)明鋼添加了銅、鎳、鋁的緣故，使得在回火 過程中有Cu及NiAl相的析出。
本發(fā)明的技術(shù)方案，其化學(xué)成分如下C: 0.10 0,30wt%; Si: 0.10 1.00 wt%; Mn:
1.00 2.50 wt%; Cr: 1.00 2.00 wt%; Mo: 0.05 0.50 wt%; Ni: 0.10 1.00 wt%; V: 0 0.10 wt%; Cu: 0.50 2.00 wt%; Al: 0.05~0.50wt%;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。 本發(fā)明鋼優(yōu)選的Mn含量為1.00 1.95 wt%。
本發(fā)明鋼的制造方法是采用傳統(tǒng)的煉鋼方法熔煉；熔煉后控制熱加工，熱加工(軋制 或鍛造)均熱溫度為U50 120(TC，終鍛(軋)溫度在800'C以上；熱加工后直接冷卻，在0.02 10°C/s的冷卻范圍內(nèi)使得厚度為100 800rnm的大截面板坯得到以貝氏體為主并含有 3 15wtn/。殘余奧氏體的組織，截面硬度達(dá)到26 37HRC。
空冷后進(jìn)行400 600'C回火，回火時間為2 4小時，消除應(yīng)力，并具有Cu及NiAl相 的析出且殘余奧氏體全部發(fā)生轉(zhuǎn)變；回火后在420 55(TC有硬度峰值，并使厚度為100 800trnn的大截面板坯截面硬度達(dá)到28 40HRC。
本發(fā)明鋼可用于制作截面厚度為100 800mm的棒材、塊材、扁材等，空冷硬度在26 37HRC， 400 60(TC回火后硬度在28 40HRC。本發(fā)明鋼可應(yīng)用于汽車保險杠模具、洗衣機 模具等，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為實驗鋼(a)O80mm鍛后空冷及(b)①180mm鍛后砂冷(冷速極慢)硬度擬合曲線 圖2為試驗鋼的CCT (連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變)曲線
圖3為不同冷速對應(yīng)的金相組織(a)0.02°C/s ;(b)0.03°C/s ;(c)0.3°C/s ;(d)l(TC/s
圖4為不同冷速下的貝氏體形貌(SEM) (a)0.03°C/s ; (b)0.05°C/s ; (c)0.1°C/s ; (d)0.3°C/s
圖5為(a)①80mm鍛后空冷及(b)(D180mm鍛后砂冷試樣在不同溫度回火2h的硬度曲線
圖6為(a)O80mm鍛后空冷及(b)O180mm鍛后砂冷試樣30(TC回火殘余奧氏體XRD圖及高斯
擬合曲線
圖7為試驗鋼的CHT (連續(xù)加熱轉(zhuǎn)變)圖
圖8為不同加熱速率下的膨脹曲線
圖9為試驗鋼在不同加熱速率下的轉(zhuǎn)變速率曲線
具體實施例方式
結(jié)合以下具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實施例1
本發(fā)明鋼采用傳統(tǒng)的煉鋼方法熔煉，將化學(xué)成分調(diào)整如表1所示。試驗鋼鍛造均熱溫度 為1150 1200°C，始鍛溫度為1000 1050'C，終鍛溫度為800 850°C，分別鍛成O80ram和 ①180咖兩種尺寸，①80咖空冷，①180mm砂冷。圖1為實驗鋼O80mm鍛后空冷及0>I80mm 鍛后砂冷(冷速極慢)硬度擬合曲線，擬合曲線上截面硬度值個數(shù)分別為6和7。①80mm空 冷截面平均硬度為35. 5冊C，①180mra砂冷截面平均硬度為30服C。
在DIL805A相變儀上測定了試驗鋼的CCT曲線，具體工藝為95(TC保溫5min,然后以 不同冷速(0.03 100°C/s)冷至室溫，觀察其組織并測定其硬度。從圖2可以看出，該鋼在 0.02 10°C/s范圍內(nèi)都可以得到貝氏體組織。圖3是不同冷速對應(yīng)的金相組織，圖4是不同冷速下的貝氏體形貌。
對O80mm空冷和O 180mm砂冷的試驗鋼在400 550'C回火，回火時間為2小時。回火之 后硬度比原始態(tài)的硬度值高，并且在475'C時出現(xiàn)硬度峰值。圖5為回火硬度擬合曲線，擬 合曲線上硬度值個數(shù)都為7。 XRD分析表明該試驗鋼在400'C以上回火時，殘余奧氏體全部 發(fā)生轉(zhuǎn)變。圖6是上述兩種狀態(tài)的試驗鋼在300'C回火3小時的殘余奧氏體XRD圖；衍射晶 面為(220)，殘余奧氏體含量分別為4.5wt。/。和7.8wt0/。。
在DIL805A相變儀上測定了試驗鋼的CHT圖(圖7)。具體工藝為試樣以不同加熱速 率(0.01 30°C/s)加熱至900'C，然后快冷至室溫。試驗鋼在200 600'C以較慢的加熱速率 加熱時，有明顯的析出現(xiàn)象。從膨脹曲線和轉(zhuǎn)變速率曲線上都可看出這點(圖8、 9)。析出 過程分為兩個階段，第一階段為NiAl相析出，第二過程為Cu相析出，這兩個過程均導(dǎo)致體 積膨脹。NiAl相及Cu相的析出是導(dǎo)致本試驗鋼回火后硬度升高的原因。
表1試驗鋼化學(xué)成分(wt%)
cSiMnCrVMoNiCuAIFe
0.200.31.51.20.050.300.61.20.2余量
權(quán)利要求
1.一種含銅高淬透性貝氏體鋼，其特征在于它的化學(xué)成分為C0.10～0.30wt％；Si0.10～1.00wt％；Mn1.00～2.50wt％；Cr1.00～2.00wt％；Mo0.05～0.50wt％；Ni0.10～1.00wt％；V0.01～0.10wt％；Cu0.50～2.00wt％；Al0.05～0.50wt％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2. 按權(quán)利要求1所述的含銅高淬透性貝氏體鋼，其特征在于它的化學(xué)成分中Mn含量為 1.00 1.95 wt%。
3. —種用于權(quán)利要求1所述的含銅高淬透性貝氏體鋼的制造方法，其特征在于該方法具有以 下工藝過程采用傳統(tǒng)的煉鋼方法熔煉；熔煉后控制熱加工，鋼錠均熱溫度為1150 1200°C，終鍛或終軋溫度在80(TC以上，熱加工后空冷或風(fēng)冷；空冷或風(fēng)冷后在400 600 'C回火2 4小時，消除應(yīng)力，使Cu及NiAl相的析出且殘余奧氏體全部發(fā)生轉(zhuǎn)變。
4. 按權(quán)利要求1所述的含銅高淬透性貝氏體鋼，其特征在于熱加工后空冷/風(fēng)冷，厚度為 100 800rnrn的大截面鋼板坯獲得以貝氏體為主并含有3 15wt，。殘余奧氏體的組織，截面 硬度達(dá)到26 37HRC。
5. 按權(quán)利要求1所述的含銅高淬透性貝氏體鋼，其特征在于回火后在420 550'C有硬度 峰值，并使厚度為100 800mm的大截面板坯截面硬度達(dá)到28 40HRC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含銅高淬透性貝氏體鋼及其制造方法，屬于鋼鐵材料制造技術(shù)領(lǐng)域，其成分為C0.10～0.30wt％；Si0.10～1.00wt％；Mn1.00～2.50wt％；Cr1.00～2.00wt％；Mo0.05～0.50wt％；Ni0.10～1.00wt％；V0～0.10wt％；Cu0.50～2.00wt％；Al0.05～0.50wt％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明鋼熱加工后直接空冷/風(fēng)冷，可以使厚度為100～800mm的大截面板坯得到以貝氏體為主并含有3～15wt％殘余奧氏體的組織，截面硬度達(dá)到26～37HRC；空冷/風(fēng)冷后在400～600℃回火2～4小時，消除應(yīng)力，并具有Cu及NiAl相的析出且殘余奧氏體全部發(fā)生轉(zhuǎn)變，使厚度為100～800mm的大截面板坯截面硬度達(dá)到28～40HRC。
文檔編號C21D8/00GK101586218SQ20091005388
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者吳曉春, 廖建雄, 丹 李, 汪宏斌, 閔永安 申請人:上海大學(xué)