[发明专利]淬火硬化钢

说明书

本发明涉及可硬化的钢，由其制成的硬化钢构件及其形成方法。该钢含有与铬、硅和锰相比相对高含量的钼，钼在硬化钢中提供了硬度和冲击强度的优异组合。钢可以冷成形，然后用水作为淬火剂进行重新加热‑淬火硬化，同时没有开裂并且任选地没有回火。所形成的钢的维氏硬度水平超过630Hv10(例如超过700Hv10)，并且冲击强度超过3J/cm²(例如超过20J/cm²)。

本发明涉及一种可淬火硬化的钢，其提供优异的可冷成型性能并且可以重新加热-淬火硬化以提供具有优异的冲击强度和硬度的钢。钢具有降低的硬化诱导开裂的倾向，即使使用非常高的冷却速率(例如水淬火)并且没有任何回火时亦是如此。淬火硬化可以在由钢形成的整个构件上进行，或者仅在构件的一部分上进行，例如仅在刀片的边缘处进行。本发明还涉及一种淬火硬化钢的方法。

发明背景

淬火硬化是钢和铸铁合金强化和硬化的过程。在典型的重新加热-淬火硬化过程中，将钢加热至奥氏体化温度(优选约900℃)，保温(soak，即均衡)，然后优选用液体(例如水或油)快速冷却(淬火)。由于马氏体过剩，淬火钢通常很脆。在这些情况下，钢可以回火，即加热到低于临界点(A_c1)以降低硬度并增加韧性。然而，回火也增加了加工步骤和成本。

淬火可以在整个钢样品上，或者在局部，例如在刀片边缘处。如果仅需要局部或甚至表面硬化，则可以使用诸如感应加热的目标加热装置。

通常理解的是，得到的马氏体的硬度取决于碳含量。然而，较高的碳含量反过来增加了淬火硬化期间形成裂缝的风险。有许多因素会导致裂缝形成，例如由于不均匀加热或淬火冷却而产生的热应力。如果对厚的样品进行淬火硬化，这尤其是一个问题，因为芯和表面之间的温差可能在淬火过程本身期间在整个材料上引起显著的热应力。转换应力也可以由于在钢中发生晶相转换时出现的体积变化而产生。当冷却速率不均匀时，例如也可能出现在样品较厚(例如厚度超过6mm)或形状复杂时，这尤其可能是一个问题。这些高残余应力的局部集中可以作为弱点，如果它们在与施加载荷相同的方向上起作用，则产生裂缝。通常，裂缝起源于某些薄弱点(例如由金属片冲压出的方形孔的角)并从其传播。这可能导致对淬火硬化构件的设计限制，因为可能需要修改构件片以避免出现任何这样的弱点。

淬火介质本身也可以影响裂缝形成的趋势。当用水作为淬火介质时，与油相比，水的冷却速率通常高得多。虽然这会产生较硬的钢，但应力开裂的可能性较高。在回火过程中可以减少转换应力，但这不可避免地降低了钢的硬度。

冲击强度与材料在其整个结构上消散冲击能量的能力有关，这是更柔软、更具延展性的材料所倾向的趋势。硬化钢在其表面可能具有极强的耐磨性，但是这种高硬度通常会导致冲击强度低的相对较脆的材料。即便如此，在某些情形中非常需要高硬度和良好冲击强度的组合。例如，诸如犁的农业设备需要具有高耐磨性和高硬度，以使它们能够承受它们在使用时所经历的磨耗。然而，由具有低冲击强度的硬化材料制成的犁在遇到土壤中的石头或其他硬物时可能存在损坏的风险。

当冷却速率高于标准水淬时，降低硬化裂缝的风险是非常重要的，如在使用强力搅拌和/或使用盐水(盐水)作为淬火浴时可能发生的那样。

仍然需要可淬硬化钢，其提供具有良好冲击强度且具有降低的硬化裂缝风险的高硬度钢。此外，仍然需要具有良好结构性能的可淬火硬化钢，其允许局部淬火硬化，特别是使用水作为淬火介质。

发明概述

本公开涉及可硬化钢组合物，其由如下组成：以重量百分数表示，

其中

％Mo>％Cr/2(当存在Cr时)

％Mo>％Mn/2，并且

0.4≤％Mn+％Cr+％Mo≤2

余量是铁、残余内容物和不可避免的杂质。