一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺

摘要

本发明公开了一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo，所述热处理工艺的整个过程均在空气环境条件下进行，步骤如下：首先，材料在840～880℃进行奥氏体化等温；之后以3～8℃/s的冷却速度冷却到750～790℃；再在750～790℃下等温，等温处理后炉冷至室温。本发明通过一个包含关联组合三步骤的热处理退火过程，既保证碳化物的有效溶解又避免超高碳钢完全奥氏体化后重新析出大块或网状碳化物，使材料获得由珠光体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，材料的韧性得以提高。

权利要求

1.一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺，其特征在于，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo，所述三步退火工艺的整个过程均在空气环境条件下进行，步骤如下：

1）奥氏体化处理：将所述超高碳钢以5～10℃/min的加热速度加热到840～880℃进行等温，等温时间2～3h；

2）奥氏体化后的冷却处理：将奥氏体化等温后的超高碳钢从840～880℃冷却到750～

790℃，冷却速度为3～8℃/s；

3）等温处理：将超高碳钢在750～790℃下等温处理，等温处理时间为50～80min，使该超高碳钢等温获得由珠光体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织；等温处理后炉冷至室温。

说明书

一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及超高碳钢的退火工艺，特别是一种细化超高碳钢碳化物的三步退火工艺。

背景技术

[0002] 含碳量在1.0-2.1 wt﹪的铁基合金材料称为超高碳钢。由于碳含量过高，在制备超高碳钢时传统方法很难避免碳的偏析，以及大量的网状碳化物生成，从而使钢具有极高的脆性，因而超高碳钢在工业化的应用一直被人们所忽视。

[0003] 为解决粗大或网状碳化物的存在而引起材料脆性大的问题，国际上针对含有铝元素的超高碳钢进行了大量研究并形成了一系列加工工艺。目前国内外多采用形变热处理工艺、多重热处理复合工艺以及粉末冶金工艺来控制材料的组织结构，尤其碳化物相状态，以达到提高材料的韧性。

[0004] 针对含铝高碳钢的加工工艺存在过程控制复杂、能耗大、有噪音污染以及循环周期较长等问题。若通过调整材料成分，如不添加铝元素，并借助退火工艺，细化原始组织中的碳化物并抑制二次碳化物以大块或网状析出，形成由珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织，进而改善材料的韧性，这不仅使得超高碳钢的应用潜质得以彰显，而且得以发展出一种新型的超高碳钢加工工艺。

[0005] 无铝超高碳钢通过退火工艺获得由珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织的研究有着强烈工程应用背景。然而使该种超高碳钢具有由珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织是较困难的。关键的问题是如何选择适宜的退火工艺条件，如奥氏体化温度、奥氏体化后的冷却速度与冷却方式等控制组织形成条件的协调组合。目前，关于无铝超高碳钢通过退火工艺获得由珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织的研究工作国内外鲜有报道。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于针对上述存在问题提出一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺。该工艺能够细化原始组织的碳化物并避免碳化物以大块或网状二次析出，使材料获得珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，使材料的韧性得以提高。

[0007] 本发明的技术方案：

[0008] 一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo，该三步退火工艺的整个过程步骤如下：

[0009] 1）奥氏体化处理：将所述超高碳钢以5～10℃/min的加热速度加热到840～880℃进行等温，等温时间2 ～ 3h；

[0010] 2）奥氏体化后的冷却处理：将奥氏体化等温后的超高碳钢从840～880℃冷却到750～790℃，冷却速度为3～8℃/s；

[0011] 3）等温处理：将超高碳钢在750～790℃下等温处理，等温处理时间为50～80min，使超高碳钢等温获得由珠光体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织；等温处理后炉冷至室温。

[0012] 本发明的优点和有益效果：

[0013] 本发明方法通过一个包含关联组合三步骤的热处理退火过程，既保证原始组织中碳化物的有效溶解，包括大块碳化物的细化、不规则形状碳化物的尖角钝化、碳化物网的断网以及碳化物回溶等，又避免奥氏体化后冷却过程中碳化物以大块或网状二次析出，使材料获得由珠光体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织，进而达到提高材料韧性及加工过程的低能耗，并且操作简便。

附图说明

[0014] 图1为本发明实施例1所得试样的金相照片，可观察到珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。

[0015] 图2为本发明实施例2所得试样的金相照片，可观察到珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。

[0016] 图3为本发明实施例3所得试样的金相照片，可观察到珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。

具体实施方式

[0017] 以下结合实施例并参照附图进行详细叙述。

[0018] 实施例1

[0019] 一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo， 该三步退火工艺的步骤如下：

[0020] 1）奥氏体化处理：将材料以5℃/min的加热速度加热到840℃保温2h；

[0021] 2）奥氏体化后的冷却处理：将奥氏体化等温后的超高碳钢从840℃冷却到750℃，冷却速度为3℃/s；

[0022] 3）等温处理：将超高碳钢在750℃下等温处理，等温处理时间为50min，使超高碳钢等温获得由珠光体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织；等温处理后炉冷至室温。

[0023] 图1为本发明实施例1所得试样的金相照片，可观察到珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。图中显示：碳化物没有大块状及网状的形态。

[0024] 实施例2

[0025] 一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo， 该三步退火工艺的步骤如下：

[0026] 1）奥氏体化处理：将材料以8℃/min的加热速度加热到860℃保温2.5h；

[0027] 2）奥氏体化后的冷却处理：将奥氏体化等温后的超高碳钢从860℃冷却到770℃，冷却速度为5℃/s；

[0028] 3）等温处理：将超高碳钢在770℃下等温处理，等温处理时间为65min，使超高碳钢等温获得由珠光体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织；等温处理后炉冷至室温。

[0029] 图2为本发明实施例2所得试样的金相照片，可观察到珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。图中显示：碳化物没有大块状及网状的形态。

[0030] 实施例3

[0031] 一种针对无铝超高碳钢的三步退火工艺，所述超高碳钢的组分及含量表达式为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo， 该三步退火工艺的步骤如下：

[0032] 1）奥氏体化处理：将材料以10℃/min的加热速度加热到880℃保温3h；

[0033] 2）奥氏体化后的冷却处理：将奥氏体化等温后的超高碳钢从880℃冷却到790℃，冷却速度为8℃/s；

[0034] 3）等温处理：将超高碳钢在790℃下等温处理，等温处理时间为80min，使超高碳钢等温获得由珠光体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织；等温处理后炉冷至室温。

[0035] 图3为本发明实施例3所得试样的金相照片，可观察到珠光体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。图中显示：碳化物没有大块状及网状的形态。