[发明专利]一种高碳高合金钢产品及其制备方法

说明书

本发明是关于一种高碳高合金钢产品及其制备方法，主要采用的技术方案为：一种高碳高合金钢产品的制备方法，其包括如下步骤：1）制备高碳高合金钢低偏析双真空自耗坯料；2）坯料高温扩散均匀化处理和多火次交叉锻造变形开坯处理，得到锻材；3）对锻材进行热变形挤压处理。本发明主要用于制备一种细小碳化物均匀分布、消除孔洞型微缺陷的高碳高合金钢产品。

技术领域

本发明涉及黑色金属制备技术领域，特别是涉及一种高碳高合金钢产品及其制备方法。

背景技术

M50、9Cr18Mo等高碳高合金钢由于具有较好的高温稳定性及耐磨性，被广泛应用于航空航天、工模具等领域。为了满足高速、高温、大载荷苛刻工况条件以及高疲劳寿命服役性能要求，需要采用真空感应+真空自耗熔炼方式即双真空的制备方法，随后采用传统锻造和/或环轧热变形方式制备成棒材和/或环件。

由于这些钢种碳含量以及合金含量较高，在凝固过程中，往往由于严重的枝晶偏析导致大尺寸液析碳化物出现，尺寸可以达到数百微米以上。为了消除这些粗大碳化物对轴承服役寿命的影响，需要通过变形的方式将碳化物均匀有序排列。然而由于大型碳化物的大量存在，常常在常规变形的过程中导致碳化物与基体之间的损伤甚至开裂问题，这些孔洞型微缺陷将成为零部件服役过程中的疲劳源，极大缩短服役寿命与安全性。

为了进一步加强碳化物的均匀有序排列并且减少微缺陷，亟需开发更佳的热成形方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高碳高合金钢产品及其制备方法，主要目的在于制备一种高碳高合金钢产品，其材料中碳化物均匀有序排列并且微缺陷少，材料均匀性和致密性好。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种高碳高合金钢产品的制备方法，包括以下步骤：

1）制备高碳高合金钢低偏析双真空自耗坯料：采用真空感应与真空自耗的双真空冶炼方式制备高碳高合金钢坯料，通过凝固参数控制减轻成分偏析，使碳质量分数含量波动控制在±0.02%以内；

2）坯料高温扩散均匀化处理和多火次交叉锻造变形开坯处理，得到锻材；

3）对锻材进行热变形挤压处理：利用基于挤压速度、挤压比、挤压温度、模具温度的协同控制的热挤压方式，挤压得到细小碳化物均匀分布、消除孔洞型微缺陷的高碳高合金钢产品，其中，产品材料中，碳化物最大尺寸≤26μm，孔洞缺陷最大尺寸≤1.5μm。

优选的，步骤1）中，通过凝固过程控制减轻成分偏析，包括控制自耗坯料的正负偏析，补缩和热封顶端的正偏析，控制自耗坯糊状区平均熔池深宽比在0.4-0.8之间。

优选的，自耗过程采用6t以下高碳高合金自耗坯，控制自耗坯糊状区平均熔池深宽比在0.4-0.8之间。通过控制自耗坯糊状区平均熔池深宽比和自耗坯重量，有利于疏松和气孔缺陷的控制，可以有效减轻成分偏析，使碳质量分数波动控制在±0.02%以内，且，自耗坯中冒口端1/2半径处碳化物最大尺寸≤400μm，孔洞缺陷最大尺寸≤32μm。

优选的，步骤2）中，将坯料锻前在≥1130℃进行高温保温，保温时间≥10h。

进一步，保温温度为1130-1230℃。

优选的，步骤2）中，坯料总锻比≥5，其中最后一个火次锻比≥2.5；优选的，终锻温度不低于900℃。

经过上述处理后，所得锻材1/2半径处碳化物最大尺寸≤35μm，孔洞缺陷最大尺寸≤10μm。

优选的，对于制备管材，在步骤2）后，将锻后坯料通过多梯度加热方式进行扩孔处理，以避免温升太快应力过大。