本发明涉及高碳钢技术领域，尤其涉及一种细晶粒无铝超高碳低合金钢及制备方法。
背景技术：
超高碳钢低合金钢是指碳含量1.0%—2.1%、合金元素含量＜5%的铁基合金材料。由于超高碳钢组织结构中易于存在网状或粗大片状碳化物，致使其脆性很高，应用空间受到限制。新近研究表明，通过一定的加工处理，超高碳钢可以具有高的硬度、良好的延展性、耐磨性以及高温下的超塑性，因而彰显广泛的应用前景。已有报道，采用热机械加工+离异共析转变、变质处理+热处理以及多重热处理等方法可以改善超高碳钢的组织结构。所报道的技术，一是通过热机械加工或变质处理以改善碳化物的结构状态；二是通过多重循环热处理工艺来调整碳化物的结构状态，工艺过程复杂且能量耗损高。本文针对一种无铝超高碳钢，尝试通过调节热处理工艺参数控制组织结构，使材料具备优异的综合力学性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种细晶粒超高碳低合金钢，还提供一种细晶粒超高碳低合金钢的制备方法，控制合金元素并结合中温等温热处理，以改善钢的组织,起到细化晶粒、保障材料的优异力学性能；采用不经热变形处理及多重热处理而控制材料的细晶化技术；通过一定的中温等温淬火处理控制材料获得具有细晶化的马氏体/贝氏体复相组织，从而保障超高碳钢具有综合优异力学性能；形成既节能环保，又易于实际控制的超高碳钢细晶化制备技术。
一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及重量分数组成：
c1.45-1.80％，mn0.06-0.21％，ni0.03-0.17％，mo0.01-0.15％，v0.02-0.28％，si0.07-0.16％，cr0.04-0.21％，p＜0.15％，s＜0.12％，其余为fe。
优选地，一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及含量组成：
c1.56-1.80％，mn0.09-0.15％，ni0.04-0.16％，mo0.03-0.11％，v0.07-0.23％，si0.11-0.16％，cr0.07-0.18％，p＜0.15％，s＜0.22％，其余为fe。
进一步优选地，一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及含量组成：
c1.67-1.80％，mn0.12-0.15％，ni0.08-0.13％，mo0.06-0.10％，v0.11-0.17％，si0.13-0.14％，cr0.10-0.13％，p＜0.15％，s＜0.22％，其余为fe。
再进一步优选地，一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及含量组成：
c1.72-1.80％，mn0.13-0.15％，ni0.11-0.13％，mo0.07-0.10％，v0.13-0.16％，si0.13-0.14％，cr0.10-0.12％，p＜0.15％，s＜0.22％，其余为fe。
本发明还提供一种细晶粒无铝超高碳低合金钢的制备方法，包括以下步骤：
a.前期准备：将c和fe根据重量分数配比好，放入熔融炉内；
b.熔融：升温，使炉内温度达到1000-1200℃，处理时间为2小时；
c.初期热处理：降温，使炉内温度达到900-950℃，依顺序依次加入配好的mn、ni、mo、v和cr，处理时间为0.5小时，并在该温度下对无铝超高碳低合金钢进行等温退火处理，处理时间为3小时；
d.中期热处理：降温，使炉内温度达到800-850℃，依顺序依次加入配好的si、p和s，处理时间为0.5小时，并在该温度下对无铝超高碳低合金钢进行等温处理，处理时间为1小时；
e.后期热处理：降温，使炉内温度从800-850℃冷却到300-360℃，冷却速度为12-20℃/s，进行中温等温处理，等温处理时间为1-1.5小时，使处理后的材料获得具有细晶化的马氏体/贝氏体复相组织，等温处理后水冷至室温即可结构合理，稳定性高，隔热保温效果好，避免资源不能充分利用。
本发明的有益效果是：控制合金元素并结合中温等温热处理，以改善钢的组织,起到细化晶粒、保障材料的优异力学性能；采用不经热变形处理及多重热处理而控制材料的细晶化技术；通过一定的中温等温淬火处理控制材料获得具有细晶化的马氏体/贝氏体复相组织，从而保障超高碳钢具有综合优异力学性能；形成既节能环保，又易于实际控制的超高碳钢细晶化制备技术。
具体实施方式
一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及重量分数组成：
c1.45-1.80％，mn0.06-0.21％，ni0.03-0.17％，mo0.01-0.15％，v0.02-0.28％，si0.07-0.16％，cr0.04-0.21％，p＜0.15％，s＜0.12％，其余为fe。
优选地，一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及含量组成：
c1.56-1.80％，mn0.09-0.15％，ni0.04-0.16％，mo0.03-0.11％，v0.07-0.23％，si0.11-0.16％，cr0.07-0.18％，p＜0.15％，s＜0.22％，其余为fe。
进一步优选地，一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及含量组成：
c1.67-1.80％，mn0.12-0.15％，ni0.08-0.13％，mo0.06-0.10％，v0.11-0.17％，si0.13-0.14％，cr0.10-0.13％，p＜0.15％，s＜0.22％，其余为fe。
再进一步优选地，一种细晶粒无铝超高碳低合金钢，由以下组分及含量组成：
c1.72-1.80％，mn0.13-0.15％，ni0.11-0.13％，mo0.07-0.10％，v0.13-0.16％，si0.13-0.14％，cr0.10-0.12％，p＜0.15％，s＜0.22％，其余为fe。
本发明还提供一种细晶粒无铝超高碳低合金钢的制备方法，包括以下步骤：
a.前期准备：将c和fe根据重量分数配比好，放入熔融炉内；
b.熔融：升温，使炉内温度达到1000-1200℃，处理时间为2小时；
c.初期热处理：降温，使炉内温度达到900-950℃，依顺序依次加入配好的mn、ni、mo、v和cr，处理时间为0.5小时，并在该温度下对无铝超高碳低合金钢进行等温退火处理，处理时间为3小时；
d.中期热处理：降温，使炉内温度达到800-850℃，依顺序依次加入配好的si、p和s，处理时间为0.5小时，并在该温度下对无铝超高碳低合金钢进行等温处理，处理时间为1小时；
e.后期热处理：降温，使炉内温度从800-850℃冷却到300-360℃，冷却速度为12-20℃/s，进行中温等温处理，等温处理时间为1-1.5小时，使处理后的材料获得具有细晶化的马氏体/贝氏体复相组织，等温处理后水冷至室温即可结构合理，稳定性高，隔热保温效果好，避免资源不能充分利用。
本发明的有益效果是：控制合金元素并结合中温等温热处理，以改善钢的组织,起到细化晶粒、保障材料的优异力学性能；采用不经热变形处理及多重热处理而控制材料的细晶化技术；通过一定的中温等温淬火处理控制材料获得具有细晶化的马氏体/贝氏体复相组织，从而保障超高碳钢具有综合优异力学性能；形成既节能环保，又易于实际控制的超高碳钢细晶化制备技术。