專利名稱：高韌性馬氏體時(shí)效鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于馬氏體時(shí)效鋼領(lǐng)域。特別適用于制作薄壁高速旋轉(zhuǎn)筒、模具和大截面超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。
對(duì)于高強(qiáng)度高韌性馬氏體時(shí)效鋼已被人們使用的有國際Ni公司于1959年公布的成分被稱為inCO的合金。和國際V公司于1968年公布的成份為VaSCO合金。這兩種合金雖然有較高的強(qiáng)度，但這兩種鋼存在高溫緩冷脆性和高溫處理后沖擊功差、晶粒度大，等特征，而且高溫均勻化和高溫?zé)釘D壓或高溫?zé)岽┕艿裙に?，由于韌性低往往使部件產(chǎn)生微裂紋，給加工帶來困難，降低了成材率。
目前日本介紹了兩項(xiàng)專利(昭52-117226和昭52-106316)。它與前兩種合金相比較添加了金屬M(fèi)g，并提高了Mo的含量，提高了Ni或CO的含量，但仍保留B和Zr元素，對(duì)于這兩類合金雖然仍可保證鋼的強(qiáng)度和硬度，但沒有克服上述鋼所存在的高溫緩冷脆性和高溫?zé)崽幚頉_擊功差晶粒粗大等不足之處，使產(chǎn)品容易產(chǎn)生微觀裂紋。
本發(fā)明的目的是在Fe-Ni18-CO12-Mo-Ti系合金基礎(chǔ)上添加Al、Mg、Ca合金元素，改變了高溫后的組織狀態(tài)，提高合金的抗沖擊性，改善高溫緩冷脆性和熱加工性，提高成材率和達(dá)到簡化細(xì)化晶粒工藝的目的。
在生產(chǎn)過程中，對(duì)于大截面鍛件，經(jīng)正常熱處理后的面縮極低一般為0%，雖然經(jīng)多次重復(fù)處理也無法改變面縮為0%的現(xiàn)象，后經(jīng)提高該鋼種的冶煉純度，并選用精鋼材為原材料，經(jīng)二次真空冶煉，使鋼材的純度達(dá)到超純，但是由于冷卻速度控制不當(dāng)，使部件由1200℃緩冷至700～950℃溫度時(shí)，部件出現(xiàn)了脆性。其結(jié)果是因?yàn)榇蠼孛娌考腻懺毂刃?，而原始奧氏體晶粒確很粗大(0級(jí)左右)造成鋼材的脆性。說明這類鋼在1200℃處理后的晶粒度對(duì)材料性能影響是很大的。對(duì)于目前改善上述材料性能的唯一辦法，是提高鍛造比，控制冷卻速度，這些辦法對(duì)于小截面部件可行。但是對(duì)于大截面部件是難以做到。在熱穿管工藝中，由于變形量小，也很難使晶粒度控制在5級(jí)左右。因此上述材料的熱加工工藝應(yīng)嚴(yán)格控制。
本發(fā)明合金是針對(duì)上述材料的不足之處，并對(duì)合金的化學(xué)成分進(jìn)行了調(diào)整，其化學(xué)成份為(重量%)C＜0.03;Ni17～18.5;CO11-13;Mo3.9-4.9;Ti1.2-1.6;AL0.05-0.5;Ca0.05;Si＜0.1;Mn＜0.1;P＜0.01;S＜0.01;Mg0.001～0.1余Fe。
本發(fā)明合金針對(duì)在前述材料中各化學(xué)元素對(duì)材料性能所起的作用，主要對(duì)金屬M(fèi)g元素加以限制，并去掉了B、Zr化學(xué)元素，通過試驗(yàn)證明，在上述合金中只要Mg含量合適，則本發(fā)明合金具有以下特點(diǎn)。
1.在合金中加入適量的Mg元素，通過金相和電鏡觀察表明，可以有效的阻止TiC/Ti(C、N)等有害相在界面析出，由金相觀察在奧氏體晶界極難或根本腐蝕不出C化物沉淀。
因?yàn)檫m量的Mg元素含量，對(duì)本發(fā)明合金由離子探針試驗(yàn)表明，此時(shí)Mg元素富集在緊靠奧氏體晶界的薄區(qū)內(nèi)。而采用O+離子濺射法測出晶界與晶內(nèi)含量的比例為(35～45)∶1。由于Mg元素存在于晶界處，而且與Fe、Co、Ni原子半徑相差較大。這樣當(dāng)晶界移動(dòng)時(shí)必須要克服較大的阻力，使這些元素連同晶界一起移動(dòng)。所以這種晶界的移動(dòng)是很困難的。只要加入適量的Mg就可以限制高溫晶粒長大，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。
2.在本發(fā)明鋼中加入適量的Mg元素，不僅對(duì)改善熱加工性能效果明顯，而且也有效的控制了奧氏體的晶粒度。在同樣的狀態(tài)下，因晶粒度不同，則本發(fā)明鋼與已有鋼的αk值相比較，通常提高39(820℃固溶)至54%(770℃固溶)。同時(shí)也改變了鋼的斷口形貌，由于加入適量的Mg和AL、Ca元素，使該鋼的熱處理及冷卻制度即使采用很寬的溫度范圍，其斷口均是穿晶斷裂。而不含這些元素或含量不合適時(shí)，則斷口為沿晶斷裂或沿晶十穿晶斷裂。
由于本發(fā)明鋼的成份設(shè)計(jì)合理，解決了大部件和熱擠壓管，管坯因受設(shè)備能力的限制而在高溫下晶粒度迅速長大現(xiàn)象，而且也克服了TiC/Ti(CN)等有害相沿著原奧氏體晶界析出。提高了產(chǎn)品的成材率，降低成本。
本發(fā)明鋼的生產(chǎn)方法采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉鑄錠，然后在真空自耗爐或電渣重熔爐進(jìn)行鋼的提純。高溫均質(zhì)化或消除C化物的溫度為1200℃～1300℃，熱處理采用在800℃以上進(jìn)行固溶處理，冷卻方法可以是空冷或水淬。然后進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度應(yīng)大于480℃。由于本發(fā)明鋼成份設(shè)計(jì)合理，所以能夠控制奧氏體的晶粒長大，而且限制了TiC/Ti(C。N)等有害相沿原奧氏體晶界處析出。
本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有綜合性能好，高溫處理后晶粒度可達(dá)到5級(jí)左右，簡化了細(xì)化晶粒工藝，避免了因循環(huán)熱處理所帶來的成份不均勻性，和在室溫時(shí)不能獲得全部馬氏體而在局部存有殘余奧氏體相，使鋼的強(qiáng)度損失很大。
實(shí)施例為了對(duì)比方便，我們冶煉了兩個(gè)成分的鋼。第一個(gè)成份按日本專利(昭52-117226)，第二個(gè)成份是按本發(fā)明鋼，具體成份見表1，同時(shí)在表1中也例舉了現(xiàn)有技術(shù)中的兩種常用合金。對(duì)于實(shí)驗(yàn)鋼的生產(chǎn)方法，我們均采用在真空感應(yīng)爐中冶煉。鑄錠后在真空自耗爐中進(jìn)行提純，均質(zhì)化溫度為1250℃，具體工藝參數(shù)及性能對(duì)比見表2、表3、表4、表5。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高韌性馬氏體時(shí)效鋼，其特征在于鋼的成份(重量%)為C＜0.03；Ni17～18.5；Co11～13；Mo3.9～4.9；Ti1.2～1.6；AL0.05～0.50；Ca0.05；Si＜0.1；Mn＜0.1；P＜0.01；S＜0.01；Mg0.001～0.1；余Fe。
全文摘要
本發(fā)明鋼屬于高強(qiáng)度高韌性馬氏體時(shí)效鋼領(lǐng)域。特別適用于制做高強(qiáng)度高韌性結(jié)構(gòu)件。
文檔編號(hào)C22C38/14GK1036044SQ8810398
公開日1989年10月4日 申請(qǐng)日期1988年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月4日
發(fā)明者趙瑛偉, 幸堅(jiān), 戴欽孔, 鐘廣信, 李洪深 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院