一種Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼、釬桿及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼，該低碳貝氏體鋼的組成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe，顯微組織為納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)由該Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼制造得到的Mn-Si-Cr低碳貝氏體釬桿及其制備方法。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)制得的釬桿與傳統(tǒng)釬桿相比，抗拉強(qiáng)度大于1200MPa，屈服強(qiáng)度大于900MPa，延伸率大于16％，沖擊值A(chǔ)KV大于78J，布氏硬度HB大于380，強(qiáng)韌性好，機(jī)械性能均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，能滿足我國(guó)鑿巖釬具用鋼重型釬桿的需要，使用壽命長(zhǎng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼、釬桿及其制備方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于鋼材研究領(lǐng)域。更具體地，涉及一種Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼、釬桿及其制備方法。
技術(shù)介紹
鑿巖釬具是一種配合鑿巖機(jī)械進(jìn)行巖石鉆孔的工具之一，其通常是由釬尾、釬肩、釬桿、釬稍等組成。一般而言，釬桿有兩種制成方式，一種是直接將鋼材軋制制成，另一種用中頻感應(yīng)器對(duì)鋼材進(jìn)行不完全正火制成。軋制制成的釬桿通常耐疲勞、抗沖擊的機(jī)械性能差。中頻感應(yīng)器正火制成的釬桿的機(jī)械性能有所改善，但由于加熱時(shí)間短、組織轉(zhuǎn)變不充分導(dǎo)致硬度不均勻，抗沖擊、耐疲勞等性能仍不能滿足使用要求。國(guó)內(nèi)外重型釬桿用鋼主要包括Cr-Ni-Mo系和Cr-Ni-Mo-V系，例如18CrNi4Mo，這兩種鋼中均含有較高的Ni元素(通常是2.0-4.0wt％)，導(dǎo)致合金成本高，不利于工業(yè)使用。在使用中，釬桿要承受1000-8000次/分鐘、30-50J的沖擊，通常會(huì)因抗疲勞和抗沖擊性能差而導(dǎo)致斷裂失效，進(jìn)而使得鑿巖成本增加且會(huì)影響鑿巖效率。貝氏體鋼的綜合性能優(yōu)異，被認(rèn)為是今后重型釬具材料發(fā)展的方向之一。目前，釬桿貝氏體鋼研究的重點(diǎn)是中高碳貝氏體鋼，但這種鋼材料的抗沖擊性能及韌性受碳含量的影響明顯，不能適用于釬具中。因此，需要提供一種新的鋼材，其耐疲勞、抗沖擊性能好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的第一個(gè)目的在于提供一種Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼。本專(zhuān)利技術(shù)的第二個(gè)目的在于提供上述Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼的應(yīng)用，其可用來(lái)制造釬桿。本專(zhuān)利技術(shù)的第三個(gè)目的在于提供利用上述Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼制造釬桿的方法。為達(dá)到上述第一個(gè)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：一種Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼，其組成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe，顯微組織為納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。優(yōu)選地，所述低碳貝氏體鋼中，[H]含量小于1.5ppm，[O]含量小于15ppm。優(yōu)選地，所述低碳貝氏體鋼，其組成包括：0.12-0.16wt％的C、1.0-1.2wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe，顯微組織為納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。優(yōu)選地，所述低碳貝氏體鋼，其組成包括：0.16-0.20wt％的C、1.2-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe，顯微組織為納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。為達(dá)到上述第二個(gè)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：上述Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼的應(yīng)用，該Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼可用于制造Mn-Si-Cr低碳貝氏體釬桿，尤其適用于制造重型釬具中的釬桿。為達(dá)到上述第三個(gè)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：采用上述Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼制備Mn-Si-Cr低碳貝氏體釬桿的方法，包括以下步驟：1)制備Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼，組成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe；2)將得到的Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼加熱至1000-1150℃保溫，之后經(jīng)過(guò)穿孔→熱軋→定徑→冷卻至室溫，得到初始釬桿；3)將得到的初始釬桿加熱至650-950℃，保溫2-48小時(shí)，進(jìn)行均勻化處理，得到均勻化處理后的釬桿；4)將均勻化處理后的釬桿加熱至850-950℃，保溫1-5小時(shí)，之后進(jìn)行控冷處理，得到含有納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的釬桿；5)將含有納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的釬桿在200-400℃保溫1-24小時(shí)，得到Mn-Si-Cr低碳貝氏體釬桿。步驟2)是為了消除縮孔、偏析等冶金缺陷以及細(xì)化原奧氏體晶粒尺寸；步驟3)、4)、5)是為了控制納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織顯微組織的形成。優(yōu)選地，所述低碳貝氏體鋼中，[H]含量小于1.5ppm，[O]含量小于15ppm。優(yōu)選地，所述低碳貝氏體鋼，其組成包括：0.12-0.16wt％的C、1.0-1.2wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe。優(yōu)選地，所述低碳貝氏體鋼，其組成包括：0.16-0.20wt％的C、1.2-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe。優(yōu)選地，步驟1)制備Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼：是將原料經(jīng)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→VD真空脫氣→連鑄→熱軋→冷卻至室溫，得到Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼。優(yōu)選地，步驟1)制備的Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼的直徑為20-80mm。按照GB10561-2005-T鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定，測(cè)定步驟1)得到的熱軋圓鋼中非金屬夾雜物水平，結(jié)果為：A類(lèi)夾雜小于2.0，B類(lèi)夾雜小于1.5，C類(lèi)夾雜小于1.5，D類(lèi)夾雜小于1.5。優(yōu)選地，步驟2)中，穿孔溫度為950-1150℃；熱軋溫度為800-1000℃，每道次變形量為5-10％，總軋制道次為1-5次；定徑溫度為800-1000℃，每道次變形量為5-10％，總軋制道次為1-5次。優(yōu)選地，步驟3)中，均勻化處理次數(shù)為1-3次。優(yōu)選地，步驟4)中，控冷處理是：將釬桿以0.5-30℃/s的冷卻速率冷卻至10-400℃，然后再升溫至100-500℃，保溫30-360分鐘，之后再冷卻至室溫。本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果如下：1、本專(zhuān)利技術(shù)制得的釬桿與傳統(tǒng)釬桿相比，抗拉強(qiáng)度大于1200MPa，屈服強(qiáng)度大于900MPa，延伸率大于16％，沖擊值A(chǔ)KV大于78J，布氏硬度HB大于380，強(qiáng)韌性好，機(jī)械性能均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，能滿足我國(guó)鑿巖釬具用鋼重型釬桿的需要，使用壽命長(zhǎng)。2、本專(zhuān)利技術(shù)的Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼以Mn-Si-Cr為主要合金元素，無(wú)需加入Ni、Co、W等元素，合金成本低，且碳當(dāng)量不大于0.8，焊接性能好，符合我國(guó)節(jié)能減排的戰(zhàn)略需求。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1示出了實(shí)施例2得到的釬桿的顯微組織(光學(xué)顯微鏡)。圖2示出了實(shí)施例4得到的釬桿的顯微組織(透射電鏡)。圖3示出了對(duì)比例5得到的釬桿的顯微組織(光學(xué)顯微鏡)。具體實(shí)施方式為了更清楚地說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做進(jìn)一步的說(shuō)明。本本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種Mn?Si?Cr低碳貝氏體鋼，其特征在于，該低碳貝氏體鋼的組成包括：0.12?0.20wt％的C、1.0?1.8wt％的Si、2.00?2.40wt％的Mn、0.10?0.40wt％的Mo、0.30?0.80wt％的Cr、0.04?0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe，顯微組織為納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種由Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼制備Mn-Si-Cr低碳貝氏體釬桿的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)按照Mn-Si-Cr低碳貝氏體鋼的組成準(zhǔn)備原料，制備Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼；2)將得到的Mn-Si-Cr低碳貝氏體熱軋圓鋼加熱至1000-1150℃保溫，之后經(jīng)過(guò)穿孔→熱軋→定徑→冷卻至室溫，得到初始釬桿；3)將得到的初始釬桿加熱至650-950℃，保溫2-48小時(shí)，進(jìn)行均勻化處理，得到均勻化處理后的釬桿；4)將均勻化處理后的釬桿加熱至850-950℃，保溫1-5小時(shí)，之后進(jìn)行控冷處理，得到含有納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的釬桿；5)將含有納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的釬桿在200-400℃保溫1-24小時(shí)，得到Mn-Si-Cr低碳貝氏體釬桿；該低碳貝氏體鋼的組成包括：0.12-0.20wt％的C、1.0-1.8wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40wt％的Mo、0.30-0.80wt％的Cr、0.04-0.22wt％的V、不高于0.02wt％的P、不高于0.015wt％的S和余量為Fe，顯微組織為納米/亞微米級(jí)貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低碳貝氏體鋼中，[H]含量小于1.5ppm，[O]含量小于15ppm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低碳貝氏體鋼，其組成包括：0.12-0.16wt％的C、1.0-1.2wt％的Si、2.00-2.40wt％的Mn、0.10-0.40w...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高古輝，安佰鋒，桂曉露，譚諄禮，白秉哲，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京交通大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11