一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺的制作方法
【专利摘要】一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺，所述超低碳钢中碳与锰元素含量较高，利用碳元素进行固溶强化、锰元素及其与钼、硼元素的配合，抑制高温转变，突出中温转变，使高温转变区与中温转区之间出现明显分离，以易于材料从高温到低温的冷速控制；材料通过在高温区内进行一定量的塑形变形、高温变形后直接以10-20℃/s的速度冷却至400-440℃以及随后的保温20-40min的处理，较大程度地保留住材料的塑形变形状态，提供变形强度并影响中温相变，以致形成较多数量的细小的板条状贝氏体组织并松弛高温区冷却带来的热应力，最终使材料具有较高水平的硬度；该加工工艺简单且成本低，有利于大规模推广应用。
【专利说明】一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及超低碳钢的加工工艺，特别是一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺。
【背景技术】
[0002]超低碳贝氏体钢经过一定的加工处理可以具有高强韧力学性能，因而成为近20 年来受到国际工程界广泛关注的新钢系。
[0003]超低碳钢的强韧化机理包括组织细化、高位错密度及微细析出相强化等。为保障超低碳钢的强韧化，一般采用两种加工技术:一是添加Nb、Ti等合金化合物形成元素，并在高温变形后进行停留处理；二是进行控冷控轧加工处理。前者带来材料成本的提高及热处理工艺的复杂化，而后者直接导致材料加工成型工艺的复杂化，二者均使材料的工程推广应用受到局限。
[0004]研制既可以保证材料的高强韧性，又可以达到降低材料成本、简化材料处理工艺的技术是超低碳钢钢应用研究的重要方向。需要解决的关键问题在于，如何使材料的成分与加工工艺之间适宜配合，以保证一定的强度或硬度水平。目前，关于超低碳钢钢通过材料成分与加工工艺之间适宜配合，以保证一定的强度或硬度水平方面的研究国内外鲜有报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺，通过材料成分与加工工艺之间适宜配合，获得细小的板条状贝氏体加残余奥氏体的组织结构，保证材料具有较高水平的强度，并实现材料成本的降低及加工工艺的
简单化。
[0006]本发明的技术方案`:
一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺，所述具有较高含量碳与锰元素的超低碳钢的组分包括Fe、C、Mn、S1、Mo、Ni和B，各组分的质量百分比含量为:C 0.06-0.08、 Mn 1.33-1.63、Si 0.20-0.40、Mo 0.20-0.45、Ni 0.25-0.45、B 0.001-0.002、Fe 为余量， 所述加工工艺的整个加工过程均在空气条件下进行，步骤如下:
1)组分均匀化处理:将该超低碳钢以8-10°C/s加热到1100-1200°C并在该温度下等温匀化处理5-10min ；
2)高温塑性变形处理:将上述组分均匀化处理的超低碳钢以3-5°C/s的冷速冷却至 830-870°C并实现20-25%的压缩塑性变形；
3)高温塑性变形后的冷却处理:将上述高温塑性变形处理后的超低碳钢直接以 10-200C /s的较快速度冷却至400-440°C ；
4)中温等温处理:将上述冷却处理的超低碳钢在400-440°C温度区间内保温 20-40min，以形成较多的细的板条状贝氏体组织，随后再水冷却至室温即可。[0007]处理后超低碳钢材料最终的硬度为HRC28— 30。
[0008]本发明的优点是:该超低碳钢中碳与锰元素含量较高，利用碳元素进行固溶强化， 利用锰元素及其与钥、硼等元素的配合，抑制高温转变，突出中温转变，并使高温转变区与中温转区之间出现明显分离，以易于材料从高温到低温的冷速控制；材料通过在高温区内进行一定量的塑形变形、高温变形后直接以10_20°C /s的速度冷却至400-440°C以及随后的保温20— 40min的处理组合，较大程度地保留住材料的塑形变形状态，提供变形强度，并影响中温相变，以致形成较多数量的细小的板条状贝氏体组织并松弛高温区冷却带来的热应力，最终使材料具有较高水平的硬度；该加工工艺简单且成本低，有利于大规模推广应用。
[0009]【【专利附图】
【附图说明】】
附图为超低碳钢经该工艺处理后由细小的板条状贝氏体加颗粒状残余奥氏体组成的组织的金相照片。
[0010]【【具体实施方式】】
以下结合实施例并参照附图进行详细叙述。
[0011]实施例:
一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺，所述具有较高含量碳与锰元素的超低碳钢的组分包括Fe、C、Mn、S1、Mo、Ni和B，各组分的质量百分比含量为:C 0.06-0.08、 Mn 1.33-1.63、Si 0.20-0.40、Mo 0.20-0.45、Ni 0.25-0.45、B 0.001-0.002、Fe 为余量， 所述加工工艺的整个加工过程均在空气条件下进行，步骤如下::
1)组分均匀化处理:将该超低碳钢以10°C/s加热到1100°C并在该温度下等温匀化处理，保温时间IOmin ；
2)高温塑性变形处理:将上述组分均匀化处理的超低碳钢以以4°C/s的冷速冷却至 840°C进行25%的压缩塑性变形；
3)高温塑性变形后的冷却处理:将上述高温塑性变形处理后的超低碳钢直接以15°C/ s的冷却速度冷却至420°C ；
4)中温等温处理:将上述冷却处理的超低碳钢在420°C温度区内保温30min，以形成较多的细的板条状贝氏体组织，随后再水冷却至室温。
[0012]附图为超低碳钢经该工艺处理后由细小的板条状贝氏体与颗粒状残余奥氏体组成的组织的金相照片，图中箭头I指示的为细小的板条状贝氏体，箭头2指示的为颗粒状残余奥氏体，对应照片所示处理后超低碳钢材料的硬度为HRC28。
【权利要求】
1.一种碳与锰元素含量较高的超低碳钢的强韧化工艺，其特征在于:所述具有较高含量碳与锰元素的超低碳钢的组分包括Fe、C、Mn、S1、Mo、Ni和B，各组分的质量百分比含量为:C 0.06-0.08、Mn 1.33-1.63、Si 0.20-0.40、Mo 0.20-0.45、Ni 0.25-0.45、B0.001-0.002、Fe为余量，所述加工工艺的整个加工过程均在空气条件下进行，步骤如下:1)组分均匀化处理:将该超低碳钢以8-10°C/s加热到1100-1200°C并在该温度下等温匀化处理5-10min ；2)高温塑性变形处理:将上述组分均匀化处理的超低碳钢以3-5°C/s的冷速冷却至 830-870°C并实现20-25%的压缩塑性变形；3)高温塑性变形后的冷却处理:将上述高温塑性变形处理后的超低碳钢直接以 10-200C /s的较快速度冷却至400-440°C ；4)中温等温处理:将上述冷却处理的超低碳钢在400-440°C温度区间内保温 20-40min，以形成较多的细的板条状贝氏体组织，随后再水冷却至室温即可。
【文档编号】C21D8/00GK103602889SQ201310598874
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】刘庆锁, 杨巍巍 申请人:天津理工大学