一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝，所述超高碳鋼的組分及含量表達式為Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo，所述熱處理工藝的整個過程均在空氣環(huán)境條件下進行，步驟如下：首先，材料在840～880℃進行奧氏體化等溫；之后以3～8℃/s的冷卻速度冷卻到750～790℃；再在750～790℃下等溫，等溫處理后爐冷至室溫。本發(fā)明通過一個包含關(guān)聯(lián)組合三步驟的熱處理退火過程，既保證碳化物的有效溶解又避免超高碳鋼完全奧氏體化后重新析出大塊或網(wǎng)狀碳化物，使材料獲得由珠光體和細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，材料的韌性得以提高。
【專利說明】一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超高碳鋼的退火工藝，特別是一種細化超高碳鋼碳化物的三步退火工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]含碳量在1.0-2.1 Wt %的鐵基合金材料稱為超高碳鋼。由于碳含量過高，在制備超高碳鋼時傳統(tǒng)方法很難避免碳的偏析，以及大量的網(wǎng)狀碳化物生成，從而使鋼具有極高的脆性，因而超高碳鋼在工業(yè)化的應(yīng)用一直被人們所忽視。
[0003]為解決粗大或網(wǎng)狀碳化物的存在而引起材料脆性大的問題，國際上針對含有鋁元素的超高碳鋼進行了大量研究并形成了一系列加工工藝。目前國內(nèi)外多采用形變熱處理工藝、多重?zé)崽幚韽?fù)合工藝以及粉末冶金工藝來控制材料的組織結(jié)構(gòu)，尤其碳化物相狀態(tài)，以達到提高材料的韌性。
[0004]針對含鋁高碳鋼的加工工藝存在過程控制復(fù)雜、能耗大、有噪音污染以及循環(huán)周期較長等問題。若通過調(diào)整材料成分，如不添加鋁元素，并借助退火工藝，細化原始組織中的碳化物并抑制二次碳化物以大塊或網(wǎng)狀析出，形成由珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組織，進而改善材料的韌性，這不僅使得超高碳鋼的應(yīng)用潛質(zhì)得以彰顯，而且得以發(fā)展出一種新型的超高碳鋼加工工藝。
[0005]無鋁超高碳鋼通過退火工藝獲得由珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組織的研究有著強烈工程應(yīng)用背景。然而使該種超高碳鋼具有由珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組織是較困難的。關(guān)鍵的問題是如何選擇適宜的退火工藝條件，如奧氏體化溫度、奧氏體化后的冷卻速度與冷卻方式等控制組織形成條件的協(xié)調(diào)組合。目前，關(guān)于無鋁超高碳鋼通過退火工藝獲得由珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組織的研究工作國內(nèi)外鮮有報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題提出一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝。該工藝能夠細化原始組織的碳化物并避免碳化物以大塊或網(wǎng)狀二次析出，使材料獲得珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，使材料的韌性得以提高。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝，所述超高碳鋼的組分及含量表達式為Fe-L 58C-1.97Cr-0.26Si_0.73Mn_0.09Mo，該三步退火工藝的整個過程步驟如下:
O奧氏體化處理:將所述超高碳鋼以5?10°C /min的加熱速度加熱到840?880°C進行等溫，等溫時間2?3h;
2)奧氏體化后的冷卻處理:將奧氏體化等溫后的超高碳鋼從840?880°C冷卻到750?790°C，冷卻速度為3?8°C /s ；
3)等溫處理:將超高碳鋼在750?790°C下等溫處理，等溫處理時間為50?80min，使超高碳鋼等溫獲得由珠光體與細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織；等溫處理后爐冷至室溫。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:
本發(fā)明方法通過一個包含關(guān)聯(lián)組合三步驟的熱處理退火過程，既保證原始組織中碳化物的有效溶解，包括大塊碳化物的細化、不規(guī)則形狀碳化物的尖角鈍化、碳化物網(wǎng)的斷網(wǎng)以及碳化物回溶等，又避免奧氏體化后冷卻過程中碳化物以大塊或網(wǎng)狀二次析出，使材料獲得由珠光體與細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，進而達到提高材料韌性及加工過程的低能耗，并且操作簡便。
[0009]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實施例1所得試樣的金相照片，可觀察到珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。
[0011]圖2為本發(fā)明實施例2所得試樣的金相照片，可觀察到珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。
[0012]圖3為本發(fā)明實施例3所得試樣的金相照片，可觀察到珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。
[0013]

【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合實施例并參照附圖進行詳細敘述。
[0015]實施例1
一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝，所述超高碳鋼的組分及含量表達式為Fe-L 58C-1.97Cr-0.26S1-0.73Μη_0.09Μο,該三步退火工藝的步驟如下:
O奧氏體化處理:將材料以5°C /min的加熱速度加熱到840°C保溫2h ；
2)奧氏體化后的冷卻處理:將奧氏體化等溫后的超高碳鋼從840°C冷卻到750°C，冷卻速度為3°C /s ;
3)等溫處理:將超高碳鋼在750°C下等溫處理，等溫處理時間為50min，使超高碳鋼等溫獲得由珠光體與細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織；等溫處理后爐冷至室溫。
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1所得試樣的金相照片，可觀察到珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。圖中顯示:碳化物沒有大塊狀及網(wǎng)狀的形態(tài)。
[0017]實施例2
一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝，所述超高碳鋼的組分及含量表達式為Fe-L 58C-1.97Cr-0.26S1-0.73Μη_0.09Μο,該三步退火工藝的步驟如下:
O奧氏體化處理:將材料以8°C /min的加熱速度加熱到860°C保溫2.5h ；
2)奧氏體化后的冷卻處理:將奧氏體化等溫后的超高碳鋼從860°C冷卻到770°C，冷卻速度為5°C /s ;
3)等溫處理:將超高碳鋼在770°C下等溫處理，等溫處理時間為65min，使超高碳鋼等溫獲得由珠光體與細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織；等溫處理后爐冷至室溫。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例2所得試樣的金相照片，可觀察到珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。圖中顯示:碳化物沒有大塊狀及網(wǎng)狀的形態(tài)。
[0019]實施例3
一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝，所述超高碳鋼的組分及含量表達式為Fe-L 58C-1.97Cr-0.26S1-0.73Μη_0.09Μο,該三步退火工藝的步驟如下:
O奧氏體化處理:將材料以10°C /min的加熱速度加熱到880°C保溫3h ；
2)奧氏體化后的冷卻處理:將奧氏體化等溫后的超高碳鋼從880°C冷卻到790°C，冷卻速度為8°C /s ;
3)等溫處理:將超高碳鋼在790°C下等溫處理，等溫處理時間為80min，使超高碳鋼等溫獲得由珠光體與細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織；等溫處理后爐冷至室溫。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例3所得試樣的金相照片，可觀察到珠光體加細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。圖中顯示:碳化物沒有大塊狀及網(wǎng)狀的形態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種針對無鋁超高碳鋼的三步退火工藝，其特征在于，所述超高碳鋼的組分及含量表達式為Fe-1.58C-1.97Cr_0.26Si_0.73Mn_0.09Mo，所述三步退火工藝的整個過程均在空氣環(huán)境條件下進行，步驟如下: O奧氏體化處理:將所述超高碳鋼以5?10°C /min的加熱速度加熱到840?880°C進行等溫，等溫時間2?3h; 2)奧氏體化后的冷卻處理:將奧氏體化等溫后的超高碳鋼從840?880°C冷卻到750?790°C，冷卻速度為3?8°C /s ； 3)等溫處理:將超高碳鋼在750?790°C下等溫處理，等溫處理時間為50?80min，使該超高碳鋼等溫獲得由珠光體和細小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織；等溫處理后爐冷至室溫。
【文檔編號】C21D11/00GK104232857SQ201410504075
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】劉慶鎖, 孟亮, 石衛(wèi)東, 王晶, 薛貫魯 申請人:天津理工大學(xué)