一种2400MPa级低成本纳米贝氏体钢的制备方法
【专利摘要】一种2400MPa级低成本纳米贝氏体钢的制备方法，属于金属材料领域。此钢为C-Si-Mn-Al系中高碳合金，不加入Cr、Mo等价格高昂的合金元素。锻坯经900～1000℃保温0.5～1小时，后直接投入盐浴淬火炉保温3～6个小时，可生产抗拉强度2400MPa级的无碳化物纳米贝氏体。此方法通过降Mn，增C、增Si的成分优化，同时简化制备工艺，无需高温扩散退火和热轧过程，将锻坯直接进行低温等温热处理即可得到最终产品，大幅节约了生产成本。
【专利说明】一种2400MPa级低成本纳米贝氏体钢的制备方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及到一种2400MPa级低成本纳米贝氏体钢及其制备工艺，其主要涉及到以较低成本制备一种超高强度的纳米贝氏体钢，其超细贝氏体中显微结构为厚度< IOOnm的薄片贝氏体铁素体板条和分布在板条间的薄膜状富碳残余奥氏体，组织中无渗碳体析出。将锻坯直接放入炉内于单相奥氏体区温度保温，进行完全奥氏体化，后投入盐浴淬火炉中在贝氏体相变开始温度与马氏体相变开始温度之间某一较低温度进行等温热处理，最后将钢坯水冷至室温即可。
【背景技术】
[0002]贝氏体钢自开发问世以来，因其良好的综合力学性能而广泛应用于结构材料中，因此对贝氏体钢的开发成为同时提高钢铁材料强度、塑性及韧性的重要途径。国内外材料学者根据贝氏体相变的理论运用不同热处理手段开发的各种新型贝氏体钢种，相比传统贝氏体钢有更强的强度及更好的塑(韧)性。
[0003]20世纪30年代Bain和Davenport首次发现钢中存在贝氏体,人们对贝氏体相变机制的认识也渐渐地深入。但由于贝氏体转变的复杂性和实验手段的限制等原因，当前贝氏体相变学仍然存在分歧。贝氏体组织形态复杂多样，上贝氏体、下贝氏、逆贝氏体和柱状贝氏体是各学派共同承认的贝氏体组织。
[0004]20世纪50年代,英国人Pickering和Irvine等发明了 Mo-B系空冷贝氏体钢，之后高强韧贝氏体钢的研究得到了广泛的重视。加入合金元素Mo、B使钢在很宽的连续冷却速度范围得到贝氏体组织，但是Mo价格比较昂贵，且转变温度高，组织较为粗大，产品强韧性差。
[0005]20世纪70年代，清华大学方鸿生等研发出一种在正火状态就可以获得贝氏体组织的Mn-B系贝氏体钢。为了降低Bs点，提高组织力学性能，加入Mn代替价格昂贵的Mo。Mn与B共同作用容易获得贝氏体，并使贝氏体相变温度降低，细化贝氏体尺寸，改善韧性和强度。
[0006]20世纪90年代，王贵等人向钢中添加合金包括Mn、Mo等。组织特征为:经过低温回火在板条马氏体中和贝氏体铁素体间都析出了弥散分布的E-碳化物，产生第二相弥散强化作用。同时，未分解的残留奥氏体由于热稳定化和械稳定化具有很高的稳定性，这样组织中固溶强化、弥散强化、亚结构强化和相变强化等得到充分发挥，使钢获得超高强度。
[0007] 近年来，Caballero和Bhadeshia等将高碳、高硅钢在T=0.25Tm(Tm为熔点)的低温条件下进行长达数天的等温热处理后，可获得极为细小的纳米级贝氏体组织，其由厚度仅为20~40nm的极薄贝氏体铁素体板条及其板条间富碳的薄膜状残余奥氏体组成。贝氏体铁素体板条中间不是析出碳化物而是残余奥氏体薄膜，这种钢的亚纳米超细贝氏体和少量马氏体或残余奥氏体组织结构决定了其超高强度和良好的韧性。这种纳米贝氏体钢的极限拉伸强度可达2.5GPa，屈服强度可达1.7GPa，硬度为600~700HV，断裂韧性为30~40MPa.m1/2。[0008]这种纳米贝氏体钢力学性能优异，但是要获得这种组织通常需要加入大量价格高昂的合金元素，并且在等温淬火前需要长时间的高温扩散退火，其大体制备工艺流程为:锻坯的均匀化退火一炉冷至室温一加热到一定温度进行奥氏体化一长时间的等温热处理一冷至室温，该工艺制备时间过长，制备成本过高。因此，本发明通过优化其成分设计，降低其C、Mn含量，同时加入S1、Al等较为廉价的合金元素，此举不仅直接减少了添加合金元素的成本，而且由于其较低的合金元素含量，可以不进行均匀化退火直接进行热处理，从而大幅节约了制备成本。这样就获得了低成本，高强度的纳米贝氏体钢。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于利用合金成分优化和制备工艺简化相结合，生产一种低成本的纳米贝氏体钢。
[0010]为达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0011]一种2400MPa级低成本纳米贝氏体钢的制备方法，贝氏体钢化学质量百分比如下:
[0012]
【权利要求】
1.一种2400MPa级低成本纳米贝氏体钢的制备方法，其特征在于化学质量百分比如下: C 0.50-1.00%； Si 2.00 ~3.00%; Mn 0.30 ~0.50%; Al 0.50-1.00%； 其余为Fe和不可避免的杂质；包括以下制备步骤: 1)制备锻坯，按照上述化学成分质量百分比称取原料，进行冶炼、铸造、锻造； 2)锻坯无需进行高温扩散退火直接在900~1000°C加热，经过0.5~I小时均热保温后取出； 3)将取出的锻坯迅速投入盐浴淬火炉，炉温200~300°C，保温时间3~6小时，保温后直接水淬冷却至室温。
【文档编号】C22C33/04GK103898299SQ201410135887
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】赵爱民, 赵复庆, 何建国, 黄耀, 智超, 汪小培, 武会宾, 赵征志, 唐荻 申请人:北京科技大学