[發明專利]無鋁超高碳鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 201510497614.X
• 申請日: 2015-08-13
• 公開（公告）號: CN105018849A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 薛貫魯;楊恩然
• 申請（專利權）人: 濟寧市技師學院
• 主分類號: C22C38/18
• 分類號: C22C38/18;C22C33/04
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明涉及一種高碳鋼及其制備方法，具體涉及一種無鋁超高碳鋼及其制備方法。

背景技術

超高碳鋼是含碳量在1.0～2.1wt﹪的鐵基合金材料。由于碳含量過高，傳統方法在制備超高碳鋼時很難避免碳的偏析，以及大量的網狀碳化物生成，從而使鋼具有極高的脆性，因而超高碳鋼在工業化的應用一直被人們所忽視。

合金化和熱處理是提高超高碳鋼性能的兩個重要途徑。隨著人們對材料的不斷探索，形成了一系列有關超高碳鋼的合金化工藝和熱處理工藝。

鋁是鐵素體形成元素，超高碳鋼中添加鋁的目的在于：提高A1溫度，改善制備工藝。O?D?sherby等人在1988年對鋁在超高碳鋼中的作用進行了的研究。鋁和硅一樣，都能提高A1溫度，擴大超塑性溫度范圍，Peng等人通過在超高碳鋼中加入合金元素鋁，在高碳情況下獲得了一種完全的細珠光體組織。實驗結果說明，超高碳鋼可以通過簡單的工藝，使其中的碳化物變得細小、球化。經球化后的碳化物，均勻分布在珠光體基體上，對超高碳鋼的合金化工作，主要集中在添加鋁元素方面，但對于無鋁超高碳鋼，并沒有深入的研究。實驗發現，對于無鋁元素的超高碳鋼，只要合理地控制合金元素含量，也能得到無網狀碳化物的組織，也就是為無鋁超高碳鋼的應用和熱處理打下基礎。

對超高碳鋼的熱處理工藝，人們采取各種措施，目前國內外多采用形變熱處理工藝、多重熱處理復合工藝和粉末冶金工藝技術來控制超高碳鋼的組織和狀態分布，以達到超高碳鋼的強韌協調。但是上述方法有工藝控制復雜、不符合環保要求、循環周期較長等問題。

因此探索一種工藝簡單、高效率、低成本的生產技術是超高碳鋼得以工業化應用的關鍵。

本專利針對一種無鋁超高碳鋼采取合理地合金化成分設計并進行簡單的熱處理，就能得到無網狀碳化物的組織，為無鋁超高碳鋼的應用和熱處理打下基礎，這對于提高材料的綜合力學性能，簡化工藝，降低生產成本，延長材料使用壽命，具有重大的理論意義和實際應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種無鋁超高碳鋼及其制備方法，以解決上述問題。

本發明無鋁超高碳鋼，由以下成分組成(重量百分比)：

本發明無鋁超高碳鋼的制備方法，包括以下步驟：

(1)按上述無鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內熔煉，控制爐內熔體溫度為1460～1510℃；采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預熱至280～310℃，將溫度為1480～1510℃熔體澆注于金屬模具中，5～10min后進行脫模處理得到無鋁超高碳鋼；

(2)熱處理：將步驟(1)所得無鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以以10～15℃/min加熱到850～865℃，保溫110～130min；然后再以5℃/min左右的速度冷至730℃～750℃，保溫1h左右；最后爐冷，得到無鋁超高碳鋼。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明通過控制超高碳鋼的合金成分及熱處理工藝參數，得到無鋁超高碳鋼，避免完全奧氏體化后重新析出大塊或網狀碳化物，以使材料組織中的碳化物細化且較為均勻地分布在基體中，進而實現材料強韌性的協調和加工過程的低能耗，并且操作簡便。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所得試樣的金相照片；

圖2為本發明實施例2所得試樣的金相照片；

圖3為本發明實施例3所得試樣的金相照片。

具體實施方式

實施例1

本發明無鋁超高碳鋼，由以下成分組成(重量百分比)：

碳1.81％、鉻1.0％、硅0.1％、錳0.6％、鉬0.05％，鐵96.44％。

本發明無鋁超高碳鋼的制備方法，包括以下步驟：

(1)按上述無鋁超高碳鋼的成分組成及重量百分比，在真空爐內熔煉，控制爐內熔體溫度為1460℃；采用珍珠巖覆蓋、扒渣，將金屬模具預熱至280℃，將溫度為1480℃熔體澆注于金屬模具中，5min后進行脫模處理得到無鋁超高碳鋼；

(2)熱處理：將步驟(1)所得無鋁超高碳鋼放入加熱爐中，以10℃/min的速度加熱到85℃，保溫110min；然后再以5℃/min的速度冷至730℃，保溫50min；最后隨爐冷卻，得到無鋁超高碳鋼。

圖1為本發明實施例1所得試樣的金相照片，由圖可觀察到：組織中沒有大量的網狀碳化物析出，并且碳化物尺寸較小，且總量較少。

實施例2

本發明無鋁超高碳鋼，由以下成分組成(重量百分比)：