专利名称：：空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及冶金领域，属于空冷贝氏体/马氏体复相钢。钢中贝氏体/马氏体复相组织是具有良好强韧性配合的组织。一般获得良好的强韧性是采用调质钢(如42CrMo，35CrMoSi，40CrMnMo，40Cr，27SiMn等)，但这些钢种的工艺复杂，需加热到高温进行水淬，然后再进行高温回火后使用。专利号为No.86103008和No.86103009的中国专利克服了上述缺点，但这些钢种中Cr，Si元素含量低，钢的淬透性小，只能制造尺寸较小的零部件，它们的淬透直径小于30mm。为克服上述缺点，如价格昂贵、工艺复杂、淬透性低等，因而提出了本发明钢。本发明钢具有良好的强韧性、切削性、耐磨性、深冲性和成型性。本发明钢制造铸钢件具有良好的铸造性能及较高的淬透性。可制造各种矿山用耐磨件，如冲击板、刮板、衬板、耐磨钢球及各种零件。用本发明制造铸钢件可显著提高强度、减轻重量、节约材料、提高寿命，可代替价格昂贵的高锰钢。本发明钢种也可在锻轧态使用，可制造各种弹簧、模具、磨球、刮板、衬板、齿条、截齿、支架、抽油杆、轴类另件，紧固件及各种高强度零件，以及钢板、钢管及各种型钢及深冲用贝氏体型双相钢钢板等。本发明钢种淬透性高，可制造各种大尺寸的零部件。本钢种在钢材或零件热加工(如锻、轧、热弯或气割成型等工艺)后空冷硬化，免除了一般的再次加热淬火或淬回火工序或其它热处理。本钢种在热加工后的空冷过程中仍可进行各种热成型工序，可将热加工与贝氏体形成的两个过程合二为一(如大型螺旋簧的制造过程等)。由于简化了工艺，减少了加热次数，所以减少了由于多次加热而产生的各种缺陷。如变形、开裂、氧化、脱碳等，并节约能源，降低费用，提高了经济效益，减少了环境污染。本发明钢以Mn，Si，Cr，B，Hf作为主要合金元素。不需要淬火，在空冷条件下可获得贝氏体/马氏体复相组织。为了获得高的淬透性，钢中加入的合金元素必须具有合适的比例，本发明钢的重要特点是(Mn+Si)≥3%，这是保证得到高淬透性的关键。本发明钢的成分(重量%)为1.C0.04～1.2Mn2.1～3.5Si0.1～6.0(Mn+Si)≥3.0Cr0.1～12B0.0005～0.005Hf0.0005～0.3余为Fe。在上述成分基础上加入一种或一种以上下列元素W0.001～2.0Mo0.001～2.0Nb0.001～0.30V0.001～0.3S0.001～0.3Zr0.001～0.30Ca0.001～0.1Pb0.001～0.1Ta0.001～0.30Ti0.001～0.3稀土元素0.001～0.3本发明钢的铸造工艺为浇注温度为1500～1650℃，浇注后空冷，按性能要求可直接使用或经回火后使用。本发明钢的锻、轧或热成型工艺为加热温度1050～1250℃，终锻终轧温度≤950℃，锻轧或热加工后空冷。2.按成分1所述的钢，如果C0.1～0.46%(Mn+Si)≥3%则淬透直径D≥60mm硬度为HRC25～50。3.按成分1所述的钢，如果C0.47～0.75%(Mn+Si)≥3%则淬透直径D≥60mm硬度为HRC50～60。本发明钢的成分范围可以按照不同的用途要求变化如下4.按成分1所述的钢，在制造淬透直径φ35～φ100mm的铸钢件，刮板、衬板、连杆、轴、轴油杆、紧固件及深冲用双相钢板等时，其成分可为(重量%)C0.04～0.30Mn2.1～2.7Cr0.1～3.55.按成分1所述的钢，在制造淬透直径≥φ100mm的铸钢件，刮板、衬板、连杆、轴、轴油杆、紧固件等时，其成分可为(重量%)C0.04～0.30Mn2.5～3.5Cr0.5～126.按成分1所述的钢，在制造淬透直径φ35～φ100mm的铸钢件、模具、弹簧、磨球、齿条、截齿、轴及工具等时，其成分可为(重量%)C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.1～3.57.按成分1所述的钢，在制造淬透直径≥φ100mm的铸钢件、模具、弹簧、磨球、齿条、截齿、轴及工具等时，其成分可为(重量%)C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.5～128.按成分1所述的钢，在制造淬透直径φ35～φ100mm的刀具、模具、渗炭齿轮等时，其成分可为(重量%)C0.61～1.2Mn2.1～2.7Cr0.1～3.59.按成分1所述的钢，在制造淬透直径≥φ100mm的刀具、模具、渗炭齿轮等时，其成分可为(重量%)C0.61～1.2Mn2.5～3.5Cr0.5～12本发明钢中主要元素的作用如下钢中碳量的范围为0.04%～1.2%，碳量是保证强度、韧性、塑性配合的主要因素。合金元素Mn和B可使钢的CCT曲线位置右移，并且高温转变区右移的程度大于中温转变区。加入本发明钢中成分范围的Mn和B在加热后空冷条件下可形成贝氏体/马氏体复相组织。合金元素Cr，Si，Mo等加入钢中可使钢的淬透性提高。本发明钢的重要特点是(Mn+Si)≥3.0%，其空冷淬透直径D≥60mm。Mo还可防止回火后的脆性发生。V和Zr是碳化物形成元素，可使晶粒细化及产生第二相强化，使钢的强度和韧性提高。Ca，S加入钢中可改善切削性能，加入本发明钢中成分范围的Ca和S可使其在硬度高达HRC40时仍具有良好的切削加工性能。实施例表1No.CCrSiMnBMoVWSCaPbTiHf1.0.040.30.72.60.0020.0042.0.050.50.82.40.0030.0053.0.050.20.82.30.0010.0034.0.062.00.62.50.0020.0035.0.080.30.92.40.0030.0046.0.091.50.82.40.0020.0047.0.090.40.72.50.0020.0038.0.100.60.62.70.0010.0049.0.100.80.82.30.0020.00310.0.111.50.42.40.0030.00311.0.130.80.72.80.0020.00312.0.150.60.82.20.0010.00313.0.183.60.82.30.0030.00414.0.202.01.52.50.0020.080.090.00315.0.220.50.82.20.0030.00316.0.251.60.82.90.0010.070.090.00317.0.280.81.52.60.0020.200.00418.0.291.60.72.40.0020.00319.0.302.00.82.20.0030.00320.0.301.81.02.30.0020.30.00421.0.322.00.82.70.0030.080.00722.0.342.00.62.90.0010.070.090.00523.0.350.80.82.30.0030.100.00324.0.363.60.62.40.0020.00825.0.381.21.02.50.0020.060.00326.0.400.81.52.70.0030.20.00427.0.400.50.72.80.0010.00328.0.421.81.02.30.0020.10029.0.422.00.42.70.0020.00330.0.431.80.62.40.0030.00331.0.431.60.72.60.0020.00432.0.452.01.02.70.0030.00533.0.452.00.82.60.020.00334.0.462.00.72.50.0030.30.00635.0.463.60.62.40.0030.00836.0.490.61.52.60.0030.00337.0.501.30.92.20.0010.00438.0.540.80.62.70.0030.30.00339.0.552.00.42.80.0020.150.00540.0.481.60.62.40.0020.70.00341.0.471.80.62.60.0020.00442.0.492.00.82.30.0020.070.080.00343.0.501.20.92.50.0020.100.00444.0.520.61.52.30.0020.10.00545.0.571.30.92.20.0030.060.00346.0.483.60.82.30.0020.00547.0.491.51.02.40.0030.00448.0.471.80.42.80.0010.00349.0.522.00.92.60.0020.00850.0.492.51.02.90.0020.00651.0.483.60.82.30.0030.00352.0.550.30.92.60.0020.00753.0.590.40.72.30.0030.00554.0.600.50.62.70.0030.00355.0.611.50.62.40.0010.00456.0.620.30.42.80.0020.00357.0.630.90.72.40.0020.00558.0.700.70.72.40.0020.00359.0.721.20.82.30.0030.00460.0.750.81.02.40.0020.00761.0.760.60.72.60.0030.00562.0.900.70.72.50.0020.004例如用成分为表1中的钢制造球磨机上使用的衬板，其浇注温度为1550℃，浇注后空冷，然后在250℃回火，其硬度为HRC40。用表1中的钢制造铁路用螺旋簧。制造弹簧的圆钢经轧制而成，热轧温度为1200℃，轧后空冷。圆钢经热卷成型，热成型后空冷，然后在400℃回火，其性能为бaz≥120Kg/mm2бb≥130kg/mm2。本钢种的断裂韧性(Klc)，疲劳性能及耐磨性能如下列表中所示、注(1).60Si2Mn，成分为0.56～0.64%C，1.5～2.0%Si，0.6～0.9%Mn，870℃加热淬火，480～500℃回火。(2)介质为3%NaCl水溶液。疲劳性能表3(3)见注(1).磨损率W表4</tables>注(4)指淬火、回火后的45Mn2钢。用表1成分的钢制造耐磨钢球，其锻造温度为1200℃，终锻温度为～800℃，锻后空冷，然后在180～300℃回火，硬度可达HRC50，有良好的耐磨性能，如表5所示。用表1成分的钢还可制造各种模具，如塑料、橡胶制品模、胶木模、有色金属制品模等。这些模具型腔复杂，热处理易引起变形、开裂等缺陷，所以一般使用结构钢，不经热处理而使用。由于在低硬度、低强度下使用，致使模具寿命甚短。用本发明钢制造这类模具，空冷硬化，减少变形，硬度可为HRC55，寿命可显著提高，可提高模具寿命3倍以上。表1中的钢还可制造齿条、截齿、刮板等需要高强度、高硬度的零部件。权利要求1.一种空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢，其特征在于以Mn，Si，Cr，B，Hf为主要合金元素，空冷后可得到贝氏体/马氏体复相组织，其成分为(重量%)C0.04～1.2Mn2.1～3.5Si0.1～6.0(Mn+Si)≥3.0Cr0.1～12B0.0005～0.005Hf0.0005～0.3余为Fe。在上述成分基础上加入一种或一种以上下列元素W0.001～2.0Mo0.001～2.0Nb0.001～0.30V0.001～0.3S0.001～0.3Zr0.001～0.30Ca0.001～0.1Pb0.001～0.1Ta0.001～0.30Ti0.001～0.3稀土元素0.001～0.3本发明钢的铸造工艺为浇注温度为1500～1650℃，浇注后空冷，按性能要求可直接使用或经回火后使用。本发明钢的锻、轧或热成型工艺为加热温度1050～1250℃，终锻温度≤950℃，锻轧或热加工后空冷。2.如权利要求1所述的钢种，其特征在于当其成分为C0.1～0.46%Mn+Si≥3%则空冷淬透直径D≥60mm硬度为HRC25～55。3.如权利要求1所述的钢种，其特征在于当其成分为C0.47～0.70%Mn+Si≥3%则空冷淬透直径D≥60mm硬度为HRC55～65。4.如权利要求1所述的钢，其特征在于当其成分为C0.04～0.30Mn2.1～2.7Cr0.1～3.5，可以制造淬透直径φ35～φ100mm的铸钢件，刮板、衬板、连杆、轴、轴油杆、紧固件及深冲用双相钢板等。5.如权利要求1所述的钢，其特征在于当其成分为C0.04～0.30Mn2.5～3.5Cr0.5～12，可以制造淬透直径≥φ100mm的铸钢件，刮板、衬板、连杆、轴、轴油杆、紧固件等。6.如权利要求1所述的钢，其特征在于当其成分为C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.1～3.5，可以制造淬透直径φ35～φ100mm的铸钢件、模具、弹簧、磨球、齿条、截齿、轴及工具等。7.如权利要求1所述的钢，其特征在于当其成分为C0.31～0.60Mn2.1～2.7Cr0.5～12，可以制造淬透直径≥φ100mm的铸钢件、模具、弹簧、磨球、齿条、截齿、轴及工具等。8.如权利要求1所述的钢，其特征在于当其成分为C0.61～1.2Mn2.1～2.7Cr0.1～3.5，可以制造淬透直径φ35～φ100mm的刀具、模具、渗炭齿轮等。9.如权利要求1所述的钢，其特征在于当其成分为C0.61～1.2Mn2.5～3.5Cr0.5～12，可以制造淬透直径≥100mm的渗炭齿轮等。10.如权利要求1所述的钢种，其特征在于当其成分为C0.1～0.5Cr0.1～2.0Si≥0.8，可制成铸钢件，此铸钢件在浇注，清砂后即可使用，硬度高于HRC25～50;或将铸钢件重新加热空冷后使用或经回火后使用。全文摘要本发明涉及一种新型合金钢种，名称为空冷高淬透性贝氏体/马氏体复相钢，本发明钢种以碳、锰、硅、铬、硼和铪为主要合金元素，不需要淬火，在空冷条件下可获贝氏体/马氏体复相组织。本发明钢制造铸钢件具有良好的铸造性能及较高的淬透性，可制造各种矿山用耐磨件，也可在锻轧态使用，可制造各种高强度零件，本钢种在钢材或零件热加工(如锻、轧、热弯或气割成型等工艺)后空冷硬化，免除了一般的再次加热淬火或淬回火工序等其它热处理。文档编号C22C38/38GK1042950SQ8910959公开日1990年6月13日申请日期1989年12月30日优先权日1989年12月30日发明者方鸿生,郑燕康,陈秀云,赵如发申请人:清华大学