CN106947922A - 一种马氏体钢及其结构硬化处理方法 - Google Patents

一种马氏体钢及其结构硬化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种马氏体钢及其结构硬化处理方法，马氏体钢由Cr、Mn、Ni、C、Si、Mo、V、Fe和不可避免的杂质组成；结构硬化处理方法包括：将马氏体钢原料单质加入到转炉中进行冶炼，熔化形成铁水，继续升温达到出钢温度；将达到出钢温度的铁水进行砂型浇铸，得到钢坯；将钢坯出炉进行淬火处理，然后进行人工时效，即得结构强化的马氏体钢。本发明马氏体钢结构强度高，硬度和屈服强度得到明显提高；结构硬化处理方法操作简便，控制程度高，产品质量稳定，具有广泛的适用性。

Description

一种马氏体钢及其结构硬化处理方法
技术领域
本发明涉及铁基合金领域，具体涉及一种马氏体钢及其结构硬化处理方法。
背景技术
钢材是以铁元素为主，含有碳、铬、镍、锰、钛等多种化学元素而组成的合金材料。根据钢材微观金相结构组织的不同，可以分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及奥氏体钢等种类。马氏体钢是碳元素在α-Fe中的过饱和固溶体组织，其晶体结构表现为体心立方结构，其三维金相组织通常呈现为片状或者板条状，二维观察中则主要显现为针状结构。马氏体钢通常具有很高的结构强度，其硬度和屈服强度非常高，而其塑性和韧性则较差，呈现出又硬又脆的结构特点。由于马氏体钢具有非常高的结构强度，通常用作受力结构件的制作材料，同时又能够耐受海水、淡水以及蒸汽的弱腐蚀，可以用于蒸汽轮机叶片结构、餐具、外科手术器械的加工制作等方面。
从使用角度出发，人们通过各种方法来提高马氏体钢的结构强度。利用固溶体强化、相变强化、沉淀强化、耐热强化以及时效处理等手段均能够达到增强马氏体钢结构强度的目标。
中国专利CN201010224167.8公开了一种马氏体耐磨铸钢，该发明获得的马氏体耐磨铸钢由碳、硅、磷、硫、锰、铬、钼以及铁元素构成，能够满足耐磨的要求。但是该专利未阐明对马氏体钢的热处理过程，容易由于热应力集中造成钢材开裂，影响使用。
因此，需要从固溶体晶体结构控制及时效处理等方面综合处理，发明一种提高马氏体钢结构强度的处理方法。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种马氏体钢及其结构硬化处理方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种马氏体钢，由下述质量百分数的元素组成：Cr 12.6％～14.2％，Mn 0.8％～1.7％，Ni 0.6％～1.4％，C 0.45％～0.85％，Si 0.85％～1.05％，Mo 1.25％～1.95％，V 0.05％～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，马氏体钢由下述质量百分数的元素组成：Cr 13.2％～14.0％，Mn0.85％～1.12％，Ni 0.75％～1.15％，C 0.48％～0.71％，Si 0.85％～0.90％，Mo 1.30％～1.45％，V 0.05％～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，不可避免的杂质中S元素含量≤0.002％，P元素含量≤0.003％。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述马氏体钢的结构硬化处理方法，包括以下步骤
步骤S1，矿石冶炼：将所述质量百分数的Cr、Mn、Ni、C、Si、Mo、V、Fe单质加入到转炉中进行冶炼，熔化形成1360℃～1420℃的铁水，继续升温达到出钢温度；
步骤S2，浇铸成型：将步骤S1得到的达到出钢温度的铁水进行砂型浇铸，浇铸时保持50℃～70℃的过热度，浇铸速度为0.5m/s～1.0m/s，铸满型模后自然降温至1240℃～1310℃，然后快速冷却至980℃～1050℃，保温1h～3h，自然降温至850℃～920℃，保温8h～12h，得到钢坯；
步骤S3，时效处理：将步骤S2得到的钢坯出炉进行淬火处理，待温度降至320℃～380℃，进行人工时效10h～12h，即得结构强化的马氏体钢。
进一步地，步骤S1中，出钢温度为1480℃～1520℃。
进一步地，步骤S2中，快速冷却的冷却速率为30℃/s～35℃/s。
进一步地，步骤S3中，结构强化的马氏体钢的表面洛氏硬度不低于HRC62，内部洛氏硬度不低于HRC57。
进一步地，步骤S3中，结构强化的马氏体钢的平均断裂韧性为55MPa·m1/2～80MPa·m1/2。
本发明的优点是：
1.本发明制得的马氏体钢结构强度高，硬度和屈服强度得到明显提高；
2.本发明采用的马氏体钢结构硬化处理方法操作简便，控制程度高，产品质量稳定；
3.本发明采用的马氏体钢结构硬化处理方法具有广泛的适用性。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种马氏体钢，由下述质量百分数的元素组成：Cr 12.6％，Mn 0.8％，Ni 0.6％，C0.45％，Si 0.85％，Mo 1.25％，V 0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中S元素含量为0.002％，P元素含量为0.003％。
实施例2
一种马氏体钢，由下述质量百分数的元素组成：Cr 14.2％，Mn 1.7％，Ni 1.4％，C0.85％，Si 1.05％，Mo 1.95％，V 0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中S元素含量为0.001％，P元素含量为0.001％。
实施例3
一种马氏体钢，由下述质量百分数的元素组成：Cr 13.4％，Mn 1.25％，Ni 1.0％，C 0.65％，Si 0.95％，Mo 1.6％，V 0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中S元素含量为0.0005％，P元素含量为0.002％。
实施例4
一种马氏体钢，由下述质量百分数的元素组成：Cr 13.2％，Mn 0.85％，Ni0.75％，C 0.48％，Si 0.85％，Mo 1.30％，V 0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中S元素含量为0.0015％，P元素含量为0.0015％。
实施例5
一种马氏体钢，由下述质量百分数的元素组成：Cr 14.0％，Mn 1.12％，Ni1.15％，C 0.71％，Si 0.90％，Mo 1.45％，V 0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中S元素含量为0.001％，P元素含量为0.001％。
实施例6
一种马氏体钢的结构硬化处理方法，包括以下步骤
步骤S1，矿石冶炼：将所述质量百分数的Cr、Mn、Ni、C、Si、Mo、V、Fe单质加入到转炉中进行冶炼，熔化形成1360℃的铁水，继续升温达到出钢温度；其中，出钢温度为1480℃；
步骤S2，浇铸成型：将步骤S1得到的达到出钢温度的铁水进行砂型浇铸，浇铸时保持50℃的过热度，浇铸速度为0.5m/s，铸满型模后自然降温至1240℃，然后快速冷却至980℃，保温1h，自然降温至850℃，保温8h，得到钢坯；其中，快速冷却的冷却速率为30℃/s；
步骤S3，时效处理：将步骤S2得到的钢坯出炉进行淬火处理，待温度降至320℃，进行人工时效10h，即得结构强化的马氏体钢。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其表面洛氏硬度、内部洛氏硬度和平均断裂韧性，测试结果为：
实施例7
一种马氏体钢的结构硬化处理方法，包括以下步骤
步骤S1，矿石冶炼：将所述质量百分数的Cr、Mn、Ni、C、Si、Mo、V、Fe单质加入到转炉中进行冶炼，熔化形成1420℃的铁水，继续升温达到出钢温度；其中，出钢温度为1520℃；
步骤S2，浇铸成型：将步骤S1得到的达到出钢温度的铁水进行砂型浇铸，浇铸时保持70℃的过热度，浇铸速度为1.0m/s，铸满型模后自然降温至1310℃，然后快速冷却至1050℃，保温3h，自然降温至920℃，保温12h，得到钢坯；其中，快速冷却的冷却速率为35℃/s；
步骤S3，时效处理：将步骤S2得到的钢坯出炉进行淬火处理，待温度降至380℃，进行人工时效12h，即得结构强化的马氏体钢。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其表面洛氏硬度、内部洛氏硬度和平均断裂韧性，测试结果为：
实施例8
一种马氏体钢的结构硬化处理方法，包括以下步骤
步骤S1，矿石冶炼：将所述质量百分数的Cr、Mn、Ni、C、Si、Mo、V、Fe单质加入到转炉中进行冶炼，熔化形成1390℃的铁水，继续升温达到出钢温度；其中，出钢温度为1500℃；
步骤S2，浇铸成型：将步骤S1得到的达到出钢温度的铁水进行砂型浇铸，浇铸时保持60℃的过热度，浇铸速度为0.75m/s，铸满型模后自然降温至1270℃，然后快速冷却至1010℃，保温2h，自然降温至880℃，保温10h，得到钢坯；其中，快速冷却的冷却速率为32℃/s；
步骤S3，时效处理：将步骤S2得到的钢坯出炉进行淬火处理，待温度降至350℃，进行人工时效11h，即得结构强化的马氏体钢。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其表面洛氏硬度、内部洛氏硬度和平均断裂韧性，测试结果为：
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种马氏体钢，其特征在于，所述马氏体钢由下述质量百分数的元素组成：Cr12.6％～14.2％，Mn 0.8％～1.7％，Ni 0.6％～1.4％，C 0.45％～0.85％，Si 0.85％～1.05％，Mo 1.25％～1.95％，V 0.05％～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的马氏体钢，其特征在于，所述马氏体钢由下述质量百分数的元素组成：Cr 13.2％～14.0％，Mn 0.85％～1.12％，Ni 0.75％～1.15％，C 0.48％～0.71％，Si 0.85％～0.90％，Mo 1.30％～1.45％，V 0.05％～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的马氏体钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中S元素含量≤0.002％，P元素含量≤0.003％。
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的马氏体钢的结构硬化处理方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤S1，矿石冶炼：将所述质量百分数的Cr、Mn、Ni、C、Si、Mo、V、Fe单质加入到转炉中进行冶炼，熔化形成1360℃～1420℃的铁水，继续升温达到出钢温度；
步骤S2，浇铸成型：将步骤S1得到的达到出钢温度的铁水进行砂型浇铸，浇铸时保持50℃～70℃的过热度，浇铸速度为0.5m/s～1.0m/s，铸满型模后自然降温至1240℃～1310℃，然后快速冷却至980℃～1050℃，保温1h～3h，自然降温至850℃～920℃，保温8h～12h，得到钢坯；
步骤S3，时效处理：将步骤S2得到的钢坯出炉进行淬火处理，待温度降至320℃～380℃，进行人工时效10h～12h，即得结构强化的马氏体钢。
5.根据权利要求4所述的马氏体钢的结构硬化处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述出钢温度为1480℃～1520℃。
6.根据权利要求4所述的马氏体钢的结构硬化处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述快速冷却的冷却速率为30℃/s～35℃/s。
7.根据权利要求4所述的马氏体钢的结构硬化处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述结构强化的马氏体钢的表面洛氏硬度不低于HRC62，内部洛氏硬度不低于HRC57。
8.根据权利要求4所述的马氏体钢的结构硬化处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述结构强化的马氏体钢的平均断裂韧性为55MPa·m1/2～80MPa·m1/2。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170714

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