[发明专利]一种具有超高强度高碳合金钢的制备方法

说明书

本发明涉及金属材料固态热加工技术领域，尤其涉及一种具有超高强度高碳合金钢的制备方法。本发明主要是通过搅拌摩擦加工来获得超细化多相组织和高含量的残余奥氏体，并采用回火处理调控高碳合金加工区的组织构态，最终获得超高强度高碳合金钢。根据实施例的记载，利用本发明所述的制备方法得到的超高强度高碳合金的平均硬度≥647HV，屈服强度≥1930MPa，抗拉强度≥2126MPa；比调质态高碳合金均得到了明显的提高。

技术领域

本发明涉及金属材料固态热加工技术领域，尤其涉及一种具有超高强度高碳合金钢的制备方法。

背景技术

高碳合金钢是重要的冷轧辊、支撑辊等大型铸锻件和冷作模具用钢，要求具有高耐磨性、良好的强韧性和抗接触疲劳等服役性能。组织细化是目前广泛认同的提高金属强度和塑性的技术路径。最近，卢柯提出了金属“素华”强韧化的概念(杨乐,李秀艳,卢柯.材料素化:概念、原理及应用[J].金属学报,2017(11):4-8.)，其核心是通过组织超细化(或纳米化)及其与缺陷的相互作用实现低成本强韧化。传统的高碳合金钢强韧化技术途径主要采用微合金化、整体锻造以及复杂的热处理。然而这些技术不仅生产成本高、能耗大，而且环境不友好。此外，尽管采用表面熔覆高性能合金或者进行表面机械挤压、激光冲击等可在一定程度上提高工件表面综合性能，但工艺复杂，加工层浅等问题限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、加工成本低且能够显著提高高碳合金钢综合力学性能的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有超高强度高碳合金钢的制备方法，包括以下步骤：

将高碳合金钢板进行调质处理，得到调质态高碳合金钢板；

将所述调质态高碳合金钢板依次进行搅拌摩擦加工和回火处理，得到具有超高强度高碳合金钢；

所述高碳合金钢板，按质量百分比计，包括以下组分：

C 0.6～0.9％，Cr 3～12％，Mn 0.4～8％，Si 0.4～0.8％，Ni 0.1～0.5％，Mo0.4～1.5％，V 0.1～1％和余量的铁。

优选的，所述调质处理包括淬火处理和回火处理。

优选的，所述淬火处理为将高碳合金钢板加热至900～950℃，保温1～3小时后，水淬。

优选的，所述调质处理中的回火处理为将淬火处理后的高碳合金钢板冷却至室温后，加热至500～650℃，保温0.5～1.5小时。

优选的，所述搅拌摩擦加工的旋转速度为400～1000r/min，加工速度为20～100mm/min，下压量为0.1mm，所述搅拌摩擦的倾角为2.5°。

优选的，所述回火处理的温度为300～600℃，所述回火处理的时间为2～30小时。

本发明提供了一种具有超高强度高碳合金钢的制备方法，包括以下步骤：将高碳合金钢板进行调质处理，得到调质态高碳合金钢板；将所述调质态高碳合金钢板依次进行搅拌摩擦加工和回火处理，得到具有超高强度高碳合金钢；所述高碳合金钢板，按质量百分比计，包括以下组分：C 0.6～0.9％，Cr 3～12％，Mn 0.4～8％，Si 0.4～0.8％，Ni 0.1～0.5％，Mo 0.4～1.5％，V 0.1～1％和余量的铁。本发明主要是通过搅拌摩擦加工来获得超细化多相组织和高含量的残余奥氏体，并采用回火处理调控高碳合金加工区的组织构态，最终获得超高强度高碳合金钢。根据实施例的记载，利用本发明所述的制备方法得到的超高强度高碳合金的平均硬度≥647HV，屈服强度≥1930MPa，抗拉强度≥2126MPa；比调质态高碳合金均得到了明显的提高。

附图说明