CN1082096C

CN1082096C - 锰－硅－稀土－铝－硼系空冷贝氏体钢

Info

Publication number: CN1082096C
Application number: CN97115715A
Authority: CN
Inventors: 李凤照; 敖青; 姜江
Original assignee: Shandong Polytechnic University
Current assignee: Shandong Polytechnic University
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2002-04-03
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: CN1208083A

Abstract

本发明的Mn-Si-RE-Al-B系空冷贝氏体钢，通过在钢中加入微量的RE、Al等合金元素，经复合变质处理，钢的晶粒细小，显微组织明显细化，大量碳化物弥散分布。在大截面直径，钢的表层和心部均可获得隐晶或细针状的贝氏体/马氏体为主的复相组织，含碳化物和少量残余奥氏体。所发明的钢种具有高硬度、高强度、高韧性、高耐磨性和高淬透性。热锻钢球或直接浇注的衬板或板锤不需要复杂的热处理。生产工艺简单、稳定，价格便宜。

Description

锰-硅-稀土-铝-硼系空冷贝氏体钢

本发明属于金属材料领域的低合金高强度钢，是一新型空冷贝氏体钢。

至今，国际上空冷贝氏体钢有两个成份系列。一类是低碳和中碳Cr-Ni-Mo-B系，其中基本元素为Cr、Ni等，在中高碳贝氏体钢研究中，有公开的以Cr、Ni为主要基本元素，其组分为(重量％)：C 0.52、Mn 0.35、Cr 1.70、Ni 1.50、Mo 0.25、B≤0.01、余为Fe。国内现有的一种含有Mn、Si、Mo和B元素低碳和中碳的Mo-B系贝氏体钢，其中Mn、Mo含量较高，我国还公开了一种成份***的中高碳贝氏体钢的组分(重量％)：C 0.50-0.55、Si 1.00-3.00、Mn 2.00-4.00、Mo 0.31-0.49、B 0.0005-0.005、余为Fe，这一组分中Mn、Mo含量较高。另一类是Mn-B系，其组分为(重量％)：C 0.47-0.60、Si 0.10-1.50、Mn 2.10-3.50、B 0.0005-0.005、余为Fe，该成分***以Mn、B元素合金化，不含贵重元素Mo。

国内现有的贝氏体钢，其显微组织未得到明显细化。

本发明的目的是通过微合金化的复合变质处理，获得奥氏体晶粒细小，显微组织细化，碳化物弥散分布和合适的过冷奥氏体稳定性的一种高品质的中碳和中高碳贝氏体钢。

本发明根据贝氏体相变原理并运用钢的强韧化理论，合理地进行成分设计，通过调整加入微量合金元素，使钢得到固溶强化，特别是细晶强化和弥散强化。在大截面范围空冷可获得以贝氏体组织或以贝氏体/马氏体组织为主的复相组织和弥散分布的碳化物、氮化物和碳氮化合物的空冷贝氏体钢。新型贝氏体钢的组分(重量％)为：

C 0.35-0.65、 Mn 2.00-4.00、 Si 0.20-2.00、

RE 0.02-0.15、 Al 0.006-0.06、 N 0.006-0.015、

B 0.0005-0.010、其余为Fe。

本发明还可在钢的成份中加入以下一种或一种以上的Ti、Cr、Mo等微量合金元素，其重量％分别为：Ti 0.015-0.05、Cr 0.25-2.50、Mo 0.00-0.30。

在中碳和中高碳贝氏体钢中加入微量RE元素，可细化奥氏体晶粒，有利于提高钢的冲击韧性和耐磨性。RE元素有保护硼的作用，提高硼的回收率，有助于提高钢的淬透性。此外，RE有净化钢液、晶界和变质作用，并可减少气体和有害杂质含量，降低成分偏析。RE元素可显著改善贝氏体钢的组织和性能。

Mn是提高贝氏体钢淬透性最有效也是最经济的元素，此外，它还可降低贝氏体钢相变温度，使钢的组织的亚结构单元细化。

B是贝氏体钢能够获得贝氏体组织，提高贝氏体淬透性的主要元素。

钢中加入Al可形成稳定的弥散的AlN颗粒。钢中AlN含量为0.03％就可以得到非常细小的奥氏体晶粒，在高温下它们中的一些粒子保留在奥氏体晶界，并通过钉扎这些晶界以避免晶粒长大。

加入Ti元素可与钢液中的碳和氮形成高熔点TiC和TiN，先于母体金属析出，可作为结晶时的异质核心，提高形核率，细化奥氏体晶粒。钢中弥散分布碳化物、氮化物和碳氮化合物使钢的奥氏体晶粒和冷却后的相变贝氏体、马氏体组织明显细化。

碳化物、氮化物和碳氮化合物弥散分布在贝氏体铁素体内部、亚条边界和亚块边界，细化贝氏体组织，提高贝氏体钢的硬度和耐磨性。

加入N元素，可细化晶粒，起到细晶强化作用，明显提高贝氏体钢的冲击韧性和耐磨性；促进贝氏体钢形成细小氮化物、碳氮复合化合物，使第二相颗粒弥散分布并有弥散强化作用；氮元素溶入铁素体和碳化物中强化贝氏体钢基体组织，增加贝氏体钢固溶强化效果。

溶入铁素体的Si元素起到固溶强化作用。Si含量为1.50％时，贝氏体钢经奥氏体化后连续冷却可得到少量元碳贝氏体，同时，钢中产生少量条状奥氏体，它使贝氏体铁素体分割细化，获得高的强韧化配合。

所发明的Mn-Si-RE-Al-B系贝氏体钢的组织细化，主要是通过钢中加入RE、Al、Ti等微量元素，使贝氏体钢组织细小均匀。

微合金化是通过在冶炼过程将复合变质剂加入到钢液中，使钢的奥氏体晶粒和显微组织细化。

本发明的新型空冷贝氏体钢有以下显著特点：具有大截面获得以贝氏体或贝氏体/马氏体为主的复相组织的淬透能力；金相组织净化；奥氏体晶粒细化，组织细小均匀、碳化物弥散分布；具有高硬度、高强度、高韧性和高耐磨性，微量元素的加入，使冲击韧性α_k值由80KJ/M²提高到180-250KJ/M²(V型缺口)。

本发明的贝氏体钢空冷整体自硬，无需淬火处理，生产工艺简单，价格便宜，质量稳定，使用寿命长。

实施例：

(1)中高碳贝氏体钢耐磨钢球，其化学组分为(重量％)C 0.45-0.65、Mn 2.00-4.00、Si 0.20-2.00、RE 0.02-0.15、Al 0.006-0.05、Ti 0.015-0.05、Mo 0.075-0.15、B 0.0005-0.010，其余为Fe。

(2)中碳和中高碳贝氏体钢耐磨衬板，其化学组分为(重量％)：C 0.35-0.60、Mn 2.00-4.00、Si 0.20-2.00、RE 0.02-0.15、Al 0.006-0.15、Ti 0.15-0.05、N 0.006-0.015、B 0.0005-0.010，其余为Fe。

冶炼后的Mn-Si-RE-Al-B系贝氏体钢钢液浇注成钢锭，热锻(轧)后以毛坯供应，经热锻(轧)成钢球后空冷，再经200-250℃低温回火。直径100mm的空冷耐磨钢球，其表面硬度HRC55-62，心部硬度HRC53-57。

铸造的衬板，钢水浇注在砂型后，开箱使零件单独空冷，再经低温200-250℃回火2-3小时。为细化组织提高韧性，铸件经正火回火处理，正火温度为860-900℃，回火温度为200-250℃。衬板硬度HRC47-60。

Claims

1.一种锰、硅、稀土、铝、硼系空冷贝氏体钢，其特征在于该钢中加入微量RE、Al合金元素，其各组分元素的重量百分比为：

C：0.35～0.65、 Mn：2.00～4.00、

Si：0.20～2.00、 RE：0.02～0.15、

Al：0.006～0.06、 N：0.006～0.015、

B：0.0005～0.010、其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的空冷贝氏体钢，其特征在于钢的组分中还可加入一种或一种以上的Ti 0.015～0.05％和Cr 0.25～2.50％。

3.根据权利要求1和2所述的空冷贝氏体钢，其特征在于钢的组分中还可加入微量元素Mo0.00～0.30％。