一种调控钢中碳化物类型和尺寸的方法与流程

本发明涉及材料领域，特别涉及一种调控钢中碳化物类型和尺寸的方法。

背景技术：

1、超高强度钢因其优良的强度和韧性得到广泛应用。由于钢铁材料强度与塑性的权衡机制，即随着强度的提升，不可避免地会损失一定的塑性。为了改善这一问题，国内外学者主要从以下几个方面进行研究：1.通过控制原料的纯净度，尽量提高钢液的纯净度和均匀度，有助于提升钢铁材料的机械性能；2.通过合金成分优化设计使钢材获得细小弥散分布的纳米碳化物或者通过固溶强化，开发出兼顾强韧性的新型钢材；3.细晶强化技术是唯一即可以提升强度，又能够提高韧性的方法，因此在兼顾低成本的基础上，通过晶粒细化工艺，开发超高强韧性的新型钢种。

2、但是钢铁材料实现良好的强韧性匹配是各强化机制的综合作用结果，单一的强化机制无法达到其性能要求，例如马氏体钢即使获得细小的原始奥氏体晶粒，但是基体中的析出相尺寸较大也无法获得优异的力学性能。40crn i2s i2mova钢强度高、韧性好，而且是耐蚀性好的结构材料，广泛用于制造主起落架的外筒、活塞杆等重要承力构件，是目前航空工业使用非常广泛的一种低合金超高强度钢。但在对40crn i2si2mova钢进行强化的过程中，研究人员发现随着抗拉强度的不断提高，材料的韧性却呈明显下降，对于各种表面缺陷如裂纹、夹杂、焊缝及表面加工所造成的缺陷显得十分敏感。材料在使用过程中发生应力作用，并且塑性变形很小的情况下，裂纹即扩展到临界尺寸并突然扩展，导致材料发生灾难性的破坏。

3、40crni2si2mova钢马氏体组织基体中极易形成m7c3、m23c6、m6c、mc碳化物，另外，这些碳化物结构不稳定，容易聚集长大和相互之间发生转变，这些碳化物稳定性从前到后逐渐增大。40crni2s i2mova钢发生马氏体相变时产生大量位错导致大颗粒碳化物周围形成位错缠结，造成应力集中，当在外加应力作用下，40crni2s i2mova钢发生变形过程中碳化物及其周围的缠结位错阻碍有效位错滑移，再加上马氏体相变造成的应力集中，产生的应力超过基体与m6c之间的结合力，就会在m6c周围产生裂纹源，从而导致40crni2si2mova钢断裂，塑性下降。

4、如何在保证40crn i2si2mova钢强度的同时，尽可能改善其韧性，降低其缺口敏感性，40crni2s i2mova钢中碳化物的尺寸及结构控制成为人们的研究重点。因此，必须探索出一种新的调控40crn i2si2mova钢中碳化物尺寸及结构方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种调控钢中碳化物类型和尺寸的方法，尤其是调控40crni2s i2mova钢中碳化物类型和尺寸的方法，所述方法可以获得影响40crni2s i2mova钢力学性能最佳碳化物类型及颗粒尺寸，可以用于航空航天、汽车制造、工程机械等领域。

2、本发明的技术方案是：

3、调控钢中碳化物类型和尺寸的方法，包括以下步骤：

4、1)合金组分

5、钢的各组分质量百分含量为c：0.50％～0.54％，s i：2.0％～2.4％，mn：0.14％～0.16％，p：0.008％～0.01％，s：0.004％～0.008％，cr：0.90％～1.10％，n i：2.25％～2.43％，mo：0.90％～0.96％，v：0.1％～0.31％，n：0.003％～0.004％，o：0.002％，h≤0.0001％，余量为fe；

6、2)取上述各组分，真空熔炼+电渣重熔，得到钢锭；

7、3)轧制

8、所得钢锭经两次轧制，得到厚度为4～6mm合金钢板；

9、4)热处理

10、合金钢板的热处理：加热至奥氏体化温度为880℃～1150℃，保温时间为170s～375s，加热速率为1.6℃/s～1.8℃/s，淬火介质为盐水，回火温度为200℃～235℃，保温时间为370s～450s；

11、调控后的钢中m6c碳化物尺寸为7nm～75nm，原始奥氏体晶粒尺寸为7μm～10μm。

12、较好的技术方案是，钢的各组分质量百分含量为c：0.54％，s i：2.3％，mn：0.14％，p：0.008％～0.01％，s：0.004％～0.008％，cr：1.02％，n i：2.41％，mo：0.95％，v：0.29％，n：0.003％～0.004％，o：0.002％，h≤0.0001％，余量为铁(fe)。

13、所述两次热轧的方法：第一次热轧的温度为1100℃～1200℃，终轧温度为950℃～1000℃；第二次热轧的温度为900℃～1160℃，终轧温度为880℃～900℃。

14、所述第一次热轧轧制结束，合金厚度为10mm；第二次热轧轧制结束，合金厚度为4～6mm。

15、较好的技术方案是，步骤4)所述的回火温度为200℃，保温时间为400s。

16、较好的技术方案是，步骤4)所述的奥氏体化温度为1050℃。

17、本发明优化40crn i2s i2mova钢合金成分，增加mo、s i及c元素含量；提升淬火温度，缩短奥氏体化后的保温时间；第一次轧制，通过大变形后促进第二次热轧的碳化物充分析出，使40crn i 2s i2mova钢中仅存在m6c一种碳化物，其碳化物尺寸为50～120nm、原始奥氏体晶粒尺寸为7.2～8.5μm、强度可达2000～2230mp，延伸率为7.8～8.0％，材料获得了良好的强韧性匹配。显著提升40crn i2s i 2mova钢的力学性能，为超高强度钢的研究及开发提供有益指导。

技术特征：

1.一种调控钢中碳化物类型和尺寸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钢的各组分质量百分含量为，c：0.54％，si：2.3％，mn：0.14％，p：0.008％～0.01％，s：0.004％～0.008％，cr：1.02％，ni：2.41％，mo：0.95％，v：0.29％，n：0.003％～0.004％，o：0.002％，h≤0.0001％，余量为铁(fe)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两次热轧的方法：第一次热轧的温度为1100℃～1200℃，终轧温度为900℃～1000℃；第二次热轧的温度为980℃～1160℃，终轧温度为880℃～900℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述第一次热轧轧制结束，合金厚度为10mm；第二次热轧轧制结束，合金厚度为4～6mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述的回火温度为200℃，保温时间为400s。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述的奥氏体化温度为1050℃。

技术总结
本发明公开了一种调控钢中碳化物类型及尺寸的方法，该方法包括优化合金成分、轧制、热处理步骤。本发明通过优化40CrN i 2S i 2MoVA钢合金成分，并结合热处理工艺，对40CrN i 2S i2MoVA钢中碳化物类型及尺寸的调控，显著提升40CrN i2S i 2MoVA钢的力学性能，为超高强度钢的研究及开发提供有益指导。采用本发明方法，基体中的碳化物仅为M<subgt;6</subgt;C，尺寸为50～120nm，强度可达2000～2230MP，延伸率为7.8～8.0％，原始奥氏体晶粒尺寸为7.2～8.5μm。

技术研发人员：唐远寿,张十庆,李方,王宏,何钦生,邹兴政,赵振,王建桥
受保护的技术使用者：重庆材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13