专利名称：一种含铜高淬透性贝氏体钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种含铜高淬透性贝氏体钢及其制造方法，属于钢铁材料制造技术领域。
背景技术：
热加工后空冷便可得到贝氏体或贝氏体/马氏体复相组织的空冷贝氏体型钢具有组织硬 度均匀等优点，而且由于其制造工艺简单、成本低廉，现在已经在越来越多的场合得到应用。
中国专利公开号为CN1189542A的多元微合金化空冷贝氏体钢通过加入微量合金元素可 以在大截面范围内空冷获得以贝氏体/马氏体为主的复相组织，该钢的碳含量在0.50%以上， 锰含量在2.00%以上，并且添加0.0005 0.0050%的硼，来提高贝氏体淬透性。由于碳、锰属 于易偏析合金元素，且在冶炼过程中硼的含量也难于精确控制，中国专利公开号为 CN1477226A的中低碳锰系空冷贝氏体钢中也以锰为主要合金元素，这都对工艺性能造成了 一定程度的削弱。
本发明降低碳及猛的含量，以铜、镍、铬、硅、钼、钒、铝为主要合金元素，不需要加 成分难以控制的硼，热加工后空冷/风冷可以在很宽的冷却范围内得到以贝氏体为主并含有 3 15wty。残余奥氏体的组织，用于制作汽车保险杠模具、洗衣机模具等，具有良好的应用前 景。
发明内容
本发明降低碳及锰的含量，以铜、镍、铬、硅、钼、钒、铝为主要合金元素，不需要加 成分难以控制的硼，与适当的生产工艺相配合，使得在热加工后空冷/风冷获得以贝氏体为主 并含有3~15wt %残余奥氏体的组织。本发明钢空冷/风冷后在40(TC 60(TC回火2 4小时， 消除应力，并使厚度为100 800mm的大截面板坯获得均匀的贝氏体或贝氏体/马氏体的复相 组织，截面硬度达到28 40HRC。本发明钢在不高于60(TC回火时，随着温度的变化硬度不但 不下降，还有时效峰的出现。这主要是因为本发明钢添加了铜、镍、铝的缘故，使得在回火 过程中有Cu及NiAl相的析出。
本发明的技术方案，其化学成分如下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%;其余为Fe和不可避免的杂质。 本发明钢优选的Mn含量为1.00 1.95 wt%。
本发明钢的制造方法是采用传统的炼钢方法熔炼；熔炼后控制热加工，热加工(轧制 或锻造)均热温度为U50 120(TC，终锻(轧)温度在800'C以上；热加工后直接冷却，在0.02 10°C/s的冷却范围内使得厚度为100 800rnm的大截面板坯得到以贝氏体为主并含有 3 15wtn/。残余奥氏体的组织，截面硬度达到26 37HRC。
空冷后进行400 600'C回火，回火时间为2 4小时，消除应力，并具有Cu及NiAl相 的析出且残余奥氏体全部发生转变；回火后在420 55(TC有硬度峰值，并使厚度为100 800trnn的大截面板坯截面硬度达到28 40HRC。
本发明钢可用于制作截面厚度为100 800mm的棒材、块材、扁材等，空冷硬度在26 37HRC， 400 60(TC回火后硬度在28 40HRC。本发明钢可应用于汽车保险杠模具、洗衣机 模具等，具有良好的应用前景。
图1为实验钢(a)O80mm锻后空冷及(b)①180mm锻后砂冷(冷速极慢)硬度拟合曲线 图2为试验钢的CCT (连续冷却转变)曲线
图3为不同冷速对应的金相组织(a)0.02°C/s ;(b)0.03°C/s ;(c)0.3°C/s ;(d)l(TC/s
图4为不同冷速下的贝氏体形貌(SEM) (a)0.03°C/s ; (b)0.05°C/s ; (c)0.1°C/s ; (d)0.3°C/s
图5为(a)①80mm锻后空冷及(b)(D180mm锻后砂冷试样在不同温度回火2h的硬度曲线
图6为(a)O80mm锻后空冷及(b)O180mm锻后砂冷试样30(TC回火残余奥氏体XRD图及高斯
拟合曲线
图7为试验钢的CHT (连续加热转变)图
图8为不同加热速率下的膨胀曲线
图9为试验钢在不同加热速率下的转变速率曲线
具体实施例方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步详细说明。 实施例1
本发明钢采用传统的炼钢方法熔炼，将化学成分调整如表1所示。试验钢锻造均热温度 为1150 1200°C，始锻温度为1000 1050'C，终锻温度为800 850°C，分别锻成O80ram和 ①180咖两种尺寸，①80咖空冷，①180mm砂冷。图1为实验钢O80mm锻后空冷及0>I80mm 锻后砂冷(冷速极慢)硬度拟合曲线，拟合曲线上截面硬度值个数分别为6和7。①80mm空 冷截面平均硬度为35. 5冊C，①180mra砂冷截面平均硬度为30服C。
在DIL805A相变仪上测定了试验钢的CCT曲线，具体工艺为95(TC保温5min,然后以 不同冷速(0.03 100°C/s)冷至室温，观察其组织并测定其硬度。从图2可以看出，该钢在 0.02 10°C/s范围内都可以得到贝氏体组织。图3是不同冷速对应的金相组织，图4是不同冷速下的贝氏体形貌。
对O80mm空冷和O 180mm砂冷的试验钢在400 550'C回火，回火时间为2小时。回火之 后硬度比原始态的硬度值高，并且在475'C时出现硬度峰值。图5为回火硬度拟合曲线，拟 合曲线上硬度值个数都为7。 XRD分析表明该试验钢在400'C以上回火时，残余奥氏体全部 发生转变。图6是上述两种状态的试验钢在300'C回火3小时的残余奥氏体XRD图；衍射晶 面为(220)，残余奥氏体含量分别为4.5wt。/。和7.8wt0/。。
在DIL805A相变仪上测定了试验钢的CHT图(图7)。具体工艺为试样以不同加热速 率(0.01 30°C/s)加热至900'C，然后快冷至室温。试验钢在200 600'C以较慢的加热速率 加热时，有明显的析出现象。从膨胀曲线和转变速率曲线上都可看出这点(图8、 9)。析出 过程分为两个阶段，第一阶段为NiAl相析出，第二过程为Cu相析出，这两个过程均导致体 积膨胀。NiAl相及Cu相的析出是导致本试验钢回火后硬度升高的原因。
表1试验钢化学成分(wt%)
cSiMnCrVMoNiCuAIFe
0.200.31.51.20.050.300.61.20.2余量
权利要求
1.一种含铜高淬透性贝氏体钢，其特征在于它的化学成分为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％；其余为Fe和不可避免的杂质。
2. 按权利要求1所述的含铜高淬透性贝氏体钢，其特征在于它的化学成分中Mn含量为 1.00 1.95 wt%。
3. —种用于权利要求1所述的含铜高淬透性贝氏体钢的制造方法，其特征在于该方法具有以 下工艺过程采用传统的炼钢方法熔炼；熔炼后控制热加工，钢锭均热温度为1150 1200°C，终锻或终轧温度在80(TC以上，热加工后空冷或风冷；空冷或风冷后在400 600 'C回火2 4小时，消除应力，使Cu及NiAl相的析出且残余奥氏体全部发生转变。
4. 按权利要求1所述的含铜高淬透性贝氏体钢，其特征在于热加工后空冷/风冷，厚度为 100 800rnrn的大截面钢板坯获得以贝氏体为主并含有3 15wt，。残余奥氏体的组织，截面 硬度达到26 37HRC。
5. 按权利要求1所述的含铜高淬透性贝氏体钢，其特征在于回火后在420 550'C有硬度 峰值，并使厚度为100 800mm的大截面板坯截面硬度达到28 40HRC。
全文摘要
本发明公开了一种含铜高淬透性贝氏体钢及其制造方法，属于钢铁材料制造技术领域，其成分为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％；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明钢热加工后直接空冷/风冷，可以使厚度为100～800mm的大截面板坯得到以贝氏体为主并含有3～15wt％残余奥氏体的组织，截面硬度达到26～37HRC；空冷/风冷后在400～600℃回火2～4小时，消除应力，并具有Cu及NiAl相的析出且残余奥氏体全部发生转变，使厚度为100～800mm的大截面板坯截面硬度达到28～40HRC。
文档编号C21D8/00GK101586218SQ20091005388
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者吴晓春, 廖建雄, 丹 李, 汪宏斌, 闵永安 申请人:上海大学