[發明專利]含碳化物的鐵基合金的微處理和微結構

有效

• 申請號: 201380033764.4
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN104641006B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 加里·M·科拉
• 申請（專利權）人: 加里·M·科拉
• 主分類號: C21D1/20
• 分類號: C21D1/20;C21D1/22
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 劉慧,楊青

相關申請的交叉引用

本申請要求美國臨時專利申請No.61/651,992和美國實用新型專利申請No.12/485,785的權益，其以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及經過處理的鐵基合金，并且更具體地涉及用于將其轉變和/或成形的工藝以及通過微處理所述鐵基合金來處理低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼與其它金屬成分和其它鐵基合金以至少形成含有馬氏體、貝氏體和未溶解的碳化物并且還可含有包括貝氏體、聚結貝氏體、珠光體、鐵素體、針狀鐵素體、殘留奧氏體和/或馬氏體以及其組合的部分的多元鋼微結構的混合微結構而由此獲得的各種微結構材料。

背景技術

傳統上，冶金學家希望利用低品質金屬例如低碳鋼，并通過廉價的處理(包括退火、淬火和回火等)將其轉變為高品質鋼和更理想的產品。以前的嘗試獲得的成功非常有限，因為它們并不總是產生理想的產品。其它嘗試由于高的加工成本或需要最終結合過多的昂貴的合金化而不能大規模進行。

高強度鋼的加工一般需要資本密集型設備、高費用、昂貴且危險的加熱流體(例如淬火油和淬火鹽)，以及回火/退火工藝，其包括使用熔爐、加熱設備和來自澆注熔融鋼的余熱。這些淬火程序旨在將鋼的硬度提高到所期望的值。貝氏體和馬氏體可通過這些工藝制造并且對于某些高強度應用來說是非常理想的材料，因為它們一般具有約20以上的洛氏C硬度(Rockwell C hardness)。硬度增加與拉伸強度的可比較的增加相關。

典型的先進高強度鋼一般包括貝氏體和/或馬氏體相。貝氏體一般是由鐵素體與碳化物的組合構成的針狀鋼，其展現相當大的韌性，同時組合了高強度與高延展性。從歷史上看，雖然通過漫長的奧氏體回火熱循環利用奧氏體回火在商業上制備貝氏體，但貝氏體是一種非常理想的產品。貝氏體鋼的一個實用優點是，在貝氏體轉變發生后，無需進一步熱處理就可獲得相對高的強度水平以及足夠的延展性。這樣的鋼當以低碳合金制造時很容易焊接。已發現貝氏體抗回火并且可形成在與焊接金屬相鄰的熱影響區中，從而降低裂紋的發生率并提供脆性較小的焊縫。此外，具有較低碳含量的這些鋼傾向于提高焊接性并降低由于轉變而產生的應力。當在中碳鋼和高碳鋼中形成奧氏體回火的貝氏體時，由于較高的碳等效含量而導致焊接性降低。

另一種常規的高強度鋼成分馬氏體是由碳在鐵的體心四方晶格中的硬質過飽和固溶體構成的另一種針狀微結構。它通常是在被稱為馬氏體轉變或剪切轉變的相轉變期間形成的亞穩態過渡結構，在所述相轉變中，較大的奧氏體化鋼工件可被淬火至在馬氏體轉變范圍內的溫度并保持在所述溫度下以達到整體均衡的溫度，然后冷卻至室溫。較薄截面的馬氏體通常是在水中淬火。由于化學過程在較高溫度下加速，因此馬氏體易于通過施加熱而回火至低得多的強度。在一些合金中，通過加入干擾滲碳體晶核形成的元素例如鎢來降低這種作用，但這種現象往往反而被利用。因為淬火可能難以控制，所以大部分鋼經過淬火產生過多的馬氏體，然后回火以逐漸降低其強度，直到實現適用于預期應用的硬度/延展性結構。

發明內容

根據本發明，利用最小的成本、時間和精力，將呈條帶、片、棒、板、線、管、型材、工件等形式的低等級鐵合金轉變為多相高強度鋼。可通過實施本發明來實現雙相和更多元相的材料。由于將鐵基合金從上限奧氏體化溫度加熱至峰值所選溫度的持續時間短，以及能夠快速實現部分貝氏體微結構，因此這種方法已被稱為“快速貝氏體加工”。

提供用于極其快速地微處理低碳鐵基合金的方法和裝置以及由那些合金制造并含有那些合金的物品。鐵基或鐵合金/物品在微處理之前開始具有含有碳化物的第一微結構，并且通過在所述合金/物品的至少一部分上快速加熱和快速冷卻成高強度鋼而轉變為第二多元微結構。