步优化为2. 5~3. Owt. %。
[0020] 钛（Ti):增加合金钢硬度和强度，是形成MC型碳化物的主要元素，这些MC型相硬 度极高，弥散分布在晶界和晶内，此外，TiC的固溶温度大于1300°C，在一般固溶处理时不 会充分溶解，通过形变热处理和热处理，Ti元素是形成超微细复合尺度碳化物的保证，本发 明设计Ti含量为0. 3~0. 8wt%，进一步优化为0. 5~0. 8wt%，更进一步优化为0. 65~ 0? 8wt% 〇
[0021] 钨（W):以W代Mo，W与Mo作用相似，但其形成的Laves相粗化速率降低，析出强化 效果较为显著，钢中加入适量的W可细化组织晶粒，提高强度和韧性，且WC在高温下阻止晶 粒长大，提高合金钢的高温性能，本设计W含量为0. 01~0. 04wt %，进一步优化为0. 01~ 0? 02wt%，更进一步优化为 0? 01 ~0? 015wt%。
[0022] 铜（Cu):提尚材料导热性和抗热性，也有利于提尚材料抗热冲击性能，本发明 设计Cu含量为0. 2~0. 8wt %，进一步优化为0. 4~0. 8wt. %，更进一步优化为0. 5~ 0? 7wt% 〇
[0023] 氮（N):经济有效的微合金强化元素，与V、Ti、Nb等元素有很强的亲和力，可形成 稳定的间隙相，氮化物与碳化物可以互相溶解，形成碳氮化物，这些化合物能够有效阻止奥 氏体晶粒粗化，起到细化铁素体晶粒，有利于提尚初性；此外N兀素有利于促进V析出，减少 V用量，降低成本，但N含量高时，连铸时容易产生裂纹，因此，本发明N含量设计为0. 005~ 0? 015wt%，进一步控制在0? 01~0? 015wt%，更进一步优化为0? 012~0? 015wt%。
[0024] 混合稀土（RE):熔炼时去除夹杂、减小偏析、细化晶粒等作用，但价格昂贵，本发 明控制在0. 001~0. 005wt%。
[0025] 磷（P):能够提高基体强度，但在锻造时对变形有抑制作用，本发明设计P含量为 彡 0. 005wt%。
[0026] 硫⑶：与Mn容易形成MnS，增加抗磨性能，但S含量增加会显著降低韧性，本发明 S含量设计为〇? 005~0? Olwt%。
[0027] 钒（V):与Ti、W共同析出，形成（Ti，V，W)C复合析出相，对钢的强度具有显著提高 作用，但V含量较高时，强度提高作用越来越小，且韧性下降较多。此外，在回火时析出MC 相，有二次硬化作用，提高合金钢的耐磨性，因此，本发明设计为〇. 02~0. lwt %，进一步控 制为0? 04~0? 08wt%，更进一步优化为V :0? 05~0? 06wt%。
[0028] 铌（Nb):能够与C、N结合，形成的Nb (C，N)稳定性较高，有利于控制超微细复合 尺度碳化物分布，具有沉淀强化作用，提高合金钢的蠕变性能，同时Nb具有细化晶粒作用， 提高韧性，考虑到经济因素，本发明设计Nb含量为0. 01~0. lwt%，进一步优化为0. 04~ 0? lwt %，更进一步优化为 0? 04-0. 09wt %。
[0029] 锆（Zr):在Fe中溶解度较低，是强碳化物形成元素，ZrC的固溶温度大于1300°C， 在一般固溶处理时不溶解，Zr元素是形成超微细复合尺度碳化物的保证，本发明设计Zr含 量为0. 01~0. lwt %，进一步优化为0. 03~0. lwt %，更进一步优化为0. 05~0. lwt %。
[0030] 本发明的有益效果主要体现在：
[0031] (1)通过对C、Mn、Cr、Ni、Cu、N多组元成分的合理优化和Ti、W(二次硬化元素） 选择及包括V、Nb、Zr (强碳化物形成元素）的控制，对该材料进行形变热处理和热处理后， 基体组织中原位析出超微细复合尺度碳化物，提高合金钢材料的高温力学性能，如热强性、 热疲劳强度等。
[0032] (2)通过对C、Mn、Cr、Ni、Cu、N多组元成分的合理优化和Ti、W(二次硬化元素） 选择及包括V、Nb、Zr (强碳化物形成元素）的控制，对该材料进行形变热处理和热处理后， 基体组织中原位析出超微细复合尺度碳化物，常温和高温摩擦磨损性能显著提高。
[0033] (3)通过对C、Mn、Cr、Ni、Cu、N、Ti、W和V或Nb或Zr多组元成分的合理配比，在 保证合金钢强度显著增加的同时，还保证其韧性增加，综合力学性能优良。
[0034] (4)本发明的该合金钢材料，适用于获得超微细复合尺度碳化物的形变热处理和 热处理工艺。
【具体实施方式】
[0035] 下面对本发明作更进一步的说明。
[0036] -种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材料，化学成分见表1 :
[0037] 表1化学成分（wt% )(其余为Fe和杂质元素）
[0038]
[0040] 将上述实施例1~15的组合物分别混合均匀后，在实验室电炉上冶炼试验钢，连 铸圆坯，乳制成直径80mm热乳圆坯，对热乳圆坯进行1100~1200°C锻造，变形量约50~ 70%，随后风冷或空冷至室温，最后再进行900~1000°C淬火处理和600~700°C回火处 理，获得锻件的常温力学性能和高温力学性能如表2所示。
[0041] 表2经形变热处理和热处理后材料的常温和高温力学性能
[0042]
[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材料，其特征在于：包括以 下质量百分数 Wt% 的化学成分：C :0? 3~0. 45 ;Mn :1. 0~2. O ;Cr :2. 0~4. O ;Ni :1. 5~3. O ;Ti : 0. 3-0. 8 ；ff ：0. 01-0. 04 ；Cu ：0. 2~0. 8 ；N ：0. 005-0. 015 ；RE ：0. 001-0. 005 ；P ： ^ 0. 005 ；S ： 0. 005~0. 01 ;余量为Fe及不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材 料，其特征在于：优选为包括以下质量百分数的化学成分：C :0. 3~0. 40 ;Mn :1. 0~1. 5 ;Cr : 3. 0-4. 0 ；Ni ：2. 0-2. 5 ；Ti ：0. 5~0. 8 ；ff ：0. 01~0. 02 ； Cu ：0. 4~0. 8 ；N ：0. 01~0. 015 ；RE ： 0. 001~0. 005 ;P :彡0. 005 ;S :0. 005~0. 01 ;余量为Fe及不可避免的杂质。3. 根据权利要求1所述的一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材 料，其特征在于：优选为包括以下质量百分数的化学成分：C :0. 35~0. 40 ;Mn :1. 2~1. 5 ;Cr : 3. 5-4. 0 ；Ni ：2. 5-3. 0, Ti ：0. 65-0. 8, W ：0. 01-0. 015, Cu ：0. 5~0.I,N ：0. 012-0. 015, RE ： 0. 001~0. 005, P :彡0. 005, S :0. 005~0. 01，余量为Fe及不可避免的杂质。4. 根据权利要求1~3任一项所述的一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性 锻钢材料，其特征在于：还包括元素V、Nb、Zr中的任意一种或任意两种或任意三种，V、Nb 和 Zr 的含量总和控制在 0? 05~0. 3 wt% ;其中，V :0? 02~0.1 wt%，Nb : 0? 01~0.1 wt%，Zr : 0. 01 ~0.1 wt%。5. 根据权利要求4所述的一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材料， 其特征在于：所述V、Nb和Zr的含量总和控制在0. 06~0. 2 wt%，其中，V :0. 04~0. 09 wt%， Nb ：0. 04~0.1 wt%, Zr ：0. 03~0.1 wt%〇6. 根据权利要求4所述的一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材料， 其特征在于：所述V、Nb和Zr的含量总和控制在0. 08~0. 16 wt%，其中V :0. 05~0. 09 wt%， Nb ：0. 04-0. 09 wt%, Zr ：0. 05~0.1 wt%〇
【专利摘要】本发明公开了一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材料，其特征在于：包括以下质量百分数wt%的化学成分：C：0.3~0.45；Mn：1.0~2.0；Cr：2.0~4.0；Ni：1.5~3.0；Ti：0.3~0.8；W：0.01~0.04；Cu：0.2~0.8；N：0.005~0.015；RE：0.001~0.005；P：≤0.005；S：0.005~0.01；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明提供的一种用于获得超微细复合尺度碳化物的高热强性锻钢材料，通过添加适当的、适量的合金元素来获得不同类型、不同尺寸的碳化物，以显著提高合金钢的高温力学性能。
【IPC分类】C22C38/58, C22C38/50
【公开号】CN105132827
【申请号】CN201510570004
【发明人】王章忠, 毛向阳, 张保森, 朱帅帅, 巴志新, 董强胜
【申请人】南京工程学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月9日