无铝超高碳钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高碳钢及其制备方法，具体涉及一种无铝超高碳钢及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 超高碳钢是含碳量在I. 0~2. Iwt %的铁基合金材料。由于碳含量过高，传统方 法在制备超高碳钢时很难避免碳的偏析，以及大量的网状碳化物生成，从而使钢具有极高 的脆性，因而超高碳钢在工业化的应用一直被人们所忽视。
[0003] 合金化和热处理是提高超高碳钢性能的两个重要途径。随着人们对材料的不断探 索，形成了一系列有关超高碳钢的合金化工艺和热处理工艺。
[0004] 铝是铁素体形成元素，超高碳钢中添加铝的目的在于：提高Al温度，改善制备工 艺。0 D sherby等人在1988年对错在超高碳钢中的作用进行了的研究。错和娃一样，都能 提高Al温度，扩大超塑性温度范围，Peng等人通过在超高碳钢中加入合金元素铝，在高碳 情况下获得了一种完全的细珠光体组织。实验结果说明，超高碳钢可以通过简单的工艺，使 其中的碳化物变得细小、球化。经球化后的碳化物，均匀分布在珠光体基体上，对超高碳钢 的合金化工作，主要集中在添加铝元素方面，但对于无铝超高碳钢，并没有深入的研究。实 验发现，对于无铝元素的超高碳钢，只要合理地控制合金元素含量，也能得到无网状碳化物 的组织，也就是为无铝超高碳钢的应用和热处理打下基础。
[0005] 对超高碳钢的热处理工艺，人们采取各种措施，目前国内外多采用形变热处理工 艺、多重热处理复合工艺和粉末冶金工艺技术来控制超高碳钢的组织和状态分布，以达到 超高碳钢的强韧协调。但是上述方法有工艺控制复杂、不符合环保要求、循环周期较长等问 题。
[0006] 因此探索一种工艺简单、高效率、低成本的生产技术是超高碳钢得以工业化应用 的关键。
[0007] 本专利针对一种无铝超高碳钢采取合理地合金化成分设计并进行简单的热处理， 就能得到无网状碳化物的组织，为无铝超高碳钢的应用和热处理打下基础，这对于提高材 料的综合力学性能，简化工艺，降低生产成本，延长材料使用寿命，具有重大的理论意义和 实际应用价值。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种无铝超高碳钢及其制备方法，以解决上述问题。
[0009] 本发明无铝超高碳钢，由以下成分组成（重量百分比）：
[0010] € 1.81-2.1% Cr 1,0-1.3%
[0011]
[0012] 本发明无铝超高碳钢的制备方法，包括以下步骤：
[0013] (1)按上述无铝超高碳钢的成分组成及重量百分比，在真空炉内熔炼，控制炉内熔 体温度为1460~1510°C ;采用珍珠岩覆盖、扒渣，将金属模具预热至280~310°C，将温度 为1480~15KTC熔体浇注于金属模具中，5~IOmin后进行脱模处理得到无铝超高碳钢；
[0014] (2)热处理：将步骤⑴所得无铝超高碳钢放入加热炉中，以以10~15°C /minW 热到850~865°C，保温110~130min ;然后再以5°C /min左右的速度冷至730°C~750°C， 保温Ih左右；最后炉冷，得到无铝超高碳钢。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0016] 本发明通过控制超高碳钢的合金成分及热处理工艺参数，得到无铝超高碳钢，避 免完全奥氏体化后重新析出大块或网状碳化物，以使材料组织中的碳化物细化且较为均匀 地分布在基体中，进而实现材料强韧性的协调和加工过程的低能耗，并且操作简便。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明实施例1所得试样的金相照片；
[0018] 图2为本发明实施例2所得试样的金相照片；
[0019] 图3为本发明实施例3所得试样的金相照片。
【具体实施方式】 [0020] 实施例1
[0021] 本发明无铝超高碳钢，由以下成分组成（重量百分比）：
[0022] 碳 L 81 %、铬 1.0%、硅 0· 1 %、锰 0.6%、钼 0.05%，铁 96. 44%。
[0023] 本发明无铝超高碳钢的制备方法，包括以下步骤：
[0024] (1)按上述无铝超高碳钢的成分组成及重量百分比，在真空炉内熔炼，控制炉内熔 体温度为1460°C ;采用珍珠岩覆盖、扒渣，将金属模具预热至280°C，将温度为1480°C熔体 浇注于金属模具中，5min后进行脱模处理得到无铝超高碳钢；
[0025] (2)热处理：将步骤⑴所得无铝超高碳钢放入加热炉中，以10°C /min的速度加 热到85°C，保温IlOmin ;然后再以5°C /min的速度冷至730°C，保温50min ;最后随炉冷却， 得到无铝超高碳钢。
[0026] 图1为本发明实施例1所得试样的金相照片，由图可观察到：组织中没有大量的网 状碳化物析出，并且碳化物尺寸较小，且总量较少。
[0027] 实施例2
[0028] 本发明无铝超高碳钢，由以下成分组成（重量百分比）：
[0029] 碳 2. 1%、铬 1.3%、硅 0.2%、锰 0.8%、钼0· 15%，铁 95. 45%。
[0030] 本发明无铝超高碳钢的制备方法，包括以下步骤：
[0031] (1)按上述无铝超高碳钢的成分组成及重量百分比，在真空炉内熔炼，控制炉内熔 体温度为1510°C ;采用珍珠岩覆盖、扒渣，将金属模具预热至310°C，将温度为1510°C熔体 浇注于金属模具中，IOmin后进行脱模处理得到无铝超高碳钢；
[0032] (2)热处理：将步骤⑴所得无铝超高碳钢放入加热炉中，以15°C /min的速度加 热到865°C，保温130min ;然后再以8°C /min的速度冷至750°C，保温70min ;最后随炉冷却， 得到无铝超高碳钢。
[0033] 图2为本发明实施例2所得试样的金相照片，由图可观察到：碳化物呈细小的颗粒 状，且较为均匀分布，在整个视场中没有发现网状碳化物。
[0034] 实施例3
[0035] 本发明无铝超高碳钢，由以下成分组成（重量百分比）：
[0036] 碳 2.0%、铬 I. 1%、硅 0· 15%、锰 0.7%、钼 0· 1%，铁 95. 95%。
[0037] 本发明无铝超高碳钢的制备方法，包括以下步骤：
[0038] (1)按上述无铝超高碳钢的成分组成及重量百分比，在真空炉内熔炼，控制炉内熔 体温度为1480°C ;采用珍珠岩覆盖、扒渣，将金属模具预热至300°C，将温度为1500°C熔体 浇注于金属模具中，Smin后进行脱模处理得到无铝超高碳钢；
[0039] (2)热处理：将步骤⑴所得无铝超高碳钢放入加热炉中，以12°C /min的速度加 热到860°C，保温120min ;然后再以6°C /min的速度冷至740°C，保温60min ;最后随加热炉 自然冷却，得到无铝超高碳钢。
[0040] 图3为本发明实施例3所得试样的金相照片，由图可观察到：主要由白色的块状和 灰黑色的块状两种衬度组织组成，结合试样的XRD图谱可知，白色衬度组织为碳化物，灰黑 色组织为珠光体。碳化物呈细小的颗粒状均匀分布在珠光体组织中，在整个视场中没有发 现网状碳化物。
【主权项】
1. 一种无铝超高碳钢，其特征在于，由以下成分组成（重量百分比）：2. -种如权利要求1所述的无铝超高碳钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 按上述无铝超高碳钢的成分组成及重量百分比，在真空炉内熔炼，控制炉内熔体 温度为1460~1510°C;采用珍珠岩覆盖、扒渣，将金属模具预热至280~310°C，将温度为 1480~15KTC熔体浇注于金属模具中，5~lOmin后进行脱模处理得到无铝超高碳钢； (2) 热处理：将步骤（1)所得无铝超高碳钢放入加热炉中，以10~15°C/min加热到 850~865°C，保温110~130min;然后再以5-8°C/min的速度冷至730°C~750°C，保温 50-70min;最后随炉冷却，得到无错超高碳钢。
【专利摘要】本发明公开了一种无铝超高碳钢，由以下化学成分按重量百分比组成：碳1.81-2.1％、铬1.0-1.3％、硅0.1-0.2％、锰0.6-0.8％、钼0.05-0.15％，余量为铁；本发明无铝超高碳钢的制备方法，按上述无铝超高碳钢的成分组成及重量百分比，在真空炉内熔炼并处理，得到无铝超高碳钢试样，在经过热处理得到本发明所述的无铝超高碳钢。本发明通过控制超高碳钢的合金成分及热处理工艺参数，得到无铝超高碳钢，避免完全奥氏体化后重新析出大块或网状碳化物，以使材料组织中的碳化物细化且较为均匀地分布在基体中，进而实现材料强韧性的协调和加工过程的低能耗，并且操作简便。
【IPC分类】C22C38/18, C22C33/04
【公开号】CN105018849
【申请号】CN201510497614
【发明人】薛贯鲁, 杨恩然
【申请人】济宁市技师学院
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年8月13日