CN115216593A - 一种提高超高碳钢强度的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高超高碳钢强度的热处理方法。将超高碳钢放入热处理炉中，加热升温至980～1050℃，在该温度下进行淬火保温处理，保温时间为30～60min；处理后的超高碳钢取出，放入淬火液中进行冷却，冷却时间为1～2min；淬火处理后的超高碳钢取出，在空气中自然冷却至室温，得到热处理后的超高碳钢。通过本发明得到的超高碳钢，内部组织为100％的珠光体组织，其抗拉强度从580MPa提高至1435MPa；屈服强度从289MPa提高至1253MPa，力学性能得到了显著提高。本发明所得超高碳钢能够满足制备高附加值超高碳钢材料的要求。

Description

一种提高超高碳钢强度的热处理方法
一、技术领域：
本发明涉及超高碳钢的热处理技术领域，尤其是涉及一种提高超高碳工具钢种T12钢强度的热处理方法。
二、背景技术：
钢铁材料作为重要的结构材料，提高强度一直是工业生产对其提出的迫切需求。一般碳钢的抗拉强度最高可达600MPa左右，采用Nb、V等特殊元素以及采用控制轧制等工艺手段，强度可提高至1000MPa左右。要获得更高强度的钢铁材料，除了加大合金化程度外，还能依靠调质处理。但这两种方法无疑导致生产成本较高。因此，在减少成本的前提下进一步提高碳钢的强度具有十分重要的意义。
随着全球光伏产业的迅速发展，太阳能硅板的产能急剧增加。切割钢丝用于切割单晶硅锭至150μm厚的硅片，用来做太阳能硅板。作为太阳能硅板生产的重要辅料，细直径切割钢丝的需求越来越旺盛。目前，切割钢丝的直径在110～130微米，现有切割钢丝切割单晶硅存在以下问题：硅耗大、切割效率低、钢丝使用寿命低。为了解决这些问题，需要制作直径更细、强度更高的切割钢丝。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：根据现有切割钢丝切割单晶硅存在的技术问题，本发明提供一种提高超高碳钢强度的热处理方法。采用本发明方法处理得到的超高碳钢，能够提高其力学性能以满足其制备高附加值超高碳钢材料。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种提高超高碳钢强度的热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：
a、将超高碳钢放入热处理炉中，加热升温至980～1050℃，在该温度下进行淬火保温处理，保温时间为30～60min；
b、将步骤a热处理后的超高碳钢取出，放入淬火液中进行冷却，冷却时间为1～2min；
c、将步骤b淬火处理后的超高碳钢取出，在空气中自然冷却至室温，得到热处理后的超高碳钢。
根据上述提高超高碳钢强度的热处理方法，步骤a中所述加热升温过程中控制升温速率≤20℃/min。
根据上述提高超高碳钢强度的热处理方法，步骤b中所述淬火液为常压下的沸水。
根据上述提高超高碳钢强度的热处理方法，步骤b中所述淬火液的温度为98～100℃。
根据上述提高超高碳钢强度的热处理方法，步骤b中将超高碳钢取出放入淬火液之前，在空气中冷却5～10s。
根据上述提高超高碳钢强度的热处理方法，步骤c中所得超高碳钢的内部组织为100％的珠光体组织。
本发明的积极有益效果：
1、通过本发明的简易热处理方法得到的超高碳钢，其抗拉强度从580MPa提高至1435MPa；屈服强度从289MPa提高至1253MPa，力学性能得到了显著提高。不仅如此，本发明的简易热处理方法得到的超高碳钢，由100％珠光体组成，珠光体具有优异的力学性能。
2、珠光体组织是碳钢中最常见的微观组织之一，由一层铁素体与一层渗碳体交替排列而成。珠光体组织的钢种是碳钢中最成熟的钢种之一，其应用非常广泛，如铁轨、钢琴丝和大桥钢缆等。而珠光体组织的形成过程一直被认为是由奥氏体组织通过共析反应直接形成的。钢中珠光体是否是由共析反应直接形成，至今没有任何直接证据，从原子尺度或固态相变的角度出发，技术人员还没有提供足够的实验证据可以证明珠光体组织的具体形成机制，只是用珠光体组织的形貌特征作为证据来说明共析反应的存在。本发明的热处理方法得到100％珠光体与传统珠光体相变理论不同，而材料的性能与微观组织存在密切的联系，本发明技术方案有望为钢铁材料相关研究人员提供一个新思路，从而创造出低成本高附加值的超高强钢材料。
四、附图说明：
图1本发明实施例2T12钢淬火态样品的微观组织扫描电镜图。
五、具体实施方式：
以下通过具体实施例进一步说明本发明的实施方式，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
实施例1：
本发明提高超高碳钢强度的热处理方法，该热处理方法的详细步骤如下：
a、将超高碳钢T12钢放入热处理炉中，加热升温至980℃，升温过程中控制升温速率为16℃/min，在该温度下进行淬火保温处理，保温时间为60min；
b、将步骤a热处理后的超高碳钢取出，在空气中冷却5s，然后放入淬火液沸水中进行冷却，冷却时间为2min；
c、将步骤b淬火处理后的超高碳钢取出，在空气中自然冷却至室温(不需要回火处理)，得到热处理后的超高碳钢(本实施例制备所得超高碳钢的内部组织为100％的珠光体组织)。
实施例2：
本发明提高超高碳钢强度的热处理方法，该热处理方法的详细步骤如下：
a、将超高碳钢T12钢放入热处理炉中，加热升温至1000℃，升温过程中控制升温速率为16.3℃/min，在该温度下进行淬火保温处理，保温时间为30min；
b、将步骤a热处理后的超高碳钢取出，在空气中冷却10s，然后放入淬火液沸水中进行冷却，冷却时间为2min；
c、将步骤b淬火处理后的超高碳钢取出，在空气中自然冷却至室温(不需要回火处理)，得到热处理后的超高碳钢(所得超高碳钢的内部组织为100％的珠光体组织)。
本实施例所得产品的SEM图像详见附图1，由图1可知，本实施例所得产品内部组织为100％珠光体组织。
实施例3：
本发明提高超高碳钢强度的热处理方法，该热处理方法的详细步骤如下：
a、将超高碳钢T12钢放入热处理炉中，加热升温至1050℃，升温过程中控制升温速率为17.2℃/min，在该温度下进行淬火保温处理，保温时间为50min；
b、将步骤a热处理后的超高碳钢取出，在空气中冷却8s，然后放入淬火液沸水中进行冷却，冷却时间为2min；
c、将步骤b淬火处理后的超高碳钢取出，在空气中自然冷却至室温(不需要回火处理)，得到热处理后的超高碳钢(所得超高碳钢的内部组织为100％的珠光体组织)。
将本发明实施例1、实施例2和实施例3制备所得超高碳T12钢进行取样，取样位置为所得产品T12钢的端部，将取得的样品制成拉伸试验用试样，应用微机控制电子万能试验及进行拉伸试验，试验结果详见表1。
表1本发明实施例1-3制备所得超高碳T12钢的力学性能试验结果
Figure BDA0003734526410000051
由表1可知，通过本发明热处理方法制备所得超高碳T12工具钢，其抗拉强度和屈服强度得到了显著的提高，使得低成本的超高碳钢可用于设计生产高附加值的超高碳钢材料。
本发明三个实施例所得淬火态产品的SEM图像形貌均如附图1所示。由图1可知，通过本发明热处理方法制备所得T12工具钢，淬火态样品完全由典型的珠光体组织构成，图中亮条纹对应于渗碳体片层，暗条纹对应于铁素体片层，这是由于铁素体片层易被腐蚀，渗碳体片层不易被腐蚀，引起在腐蚀样品的表面上渗碳体片层高于铁素体片层。

Claims (6)

1.一种提高超高碳钢强度的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
a、将超高碳钢放入热处理炉中，加热升温至980～1050℃，在该温度下进行淬火保温处理，保温时间为30～60min；
b、将步骤a热处理后的超高碳钢取出，放入淬火液中进行冷却，冷却时间为1～2min；
c、将步骤b淬火处理后的超高碳钢取出，在空气中自然冷却至室温，得到热处理后的超高碳钢。
2.根据权利要求1所述提高超高碳钢强度的热处理方法，其特征在于：步骤a中所述加热升温过程中控制升温速率≤20℃/min。
3.根据权利要求1所述提高超高碳钢强度的热处理方法，其特征在于：步骤b中所述淬火液为常压下的沸水。
4.根据权利要求1所述提高超高碳钢强度的热处理方法，其特征在于：步骤b中所述淬火液的温度为98～100℃。
5.根据权利要求1所述提高超高碳钢强度的热处理方法，其特征在于：步骤b中将超高碳钢取出放入淬火液之前，在空气中冷却5～10s。
6.根据权利要求1所述提高超高碳钢强度的热处理方法，其特征在于：步骤c中所得超高碳钢的内部组织为100％的珠光体组织。
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