[发明专利]含碳化物的铁基合金的微处理和微结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.61/651,992和美国实用新型专利申请No.12/485,785的权益，其以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及经过处理的铁基合金，并且更具体地涉及用于将其转变和/或成形的工艺以及通过微处理所述铁基合金来处理低碳钢、中碳钢和高碳钢与其它金属成分和其它铁基合金以至少形成含有马氏体、贝氏体和未溶解的碳化物并且还可含有包括贝氏体、聚结贝氏体、珠光体、铁素体、针状铁素体、残留奥氏体和/或马氏体以及其组合的部分的多元钢微结构的混合微结构而由此获得的各种微结构材料。

背景技术

传统上，冶金学家希望利用低品质金属例如低碳钢，并通过廉价的处理(包括退火、淬火和回火等)将其转变为高品质钢和更理想的产品。以前的尝试获得的成功非常有限，因为它们并不总是产生理想的产品。其它尝试由于高的加工成本或需要最终结合过多的昂贵的合金化而不能大规模进行。

高强度钢的加工一般需要资本密集型设备、高费用、昂贵且危险的加热流体(例如淬火油和淬火盐)，以及回火/退火工艺，其包括使用熔炉、加热设备和来自浇注熔融钢的余热。这些淬火程序旨在将钢的硬度提高到所期望的值。贝氏体和马氏体可通过这些工艺制造并且对于某些高强度应用来说是非常理想的材料，因为它们一般具有约20以上的洛氏C硬度(Rockwell C hardness)。硬度增加与拉伸强度的可比较的增加相关。

典型的先进高强度钢一般包括贝氏体和/或马氏体相。贝氏体一般是由铁素体与碳化物的组合构成的针状钢，其展现相当大的韧性，同时组合了高强度与高延展性。从历史上看，虽然通过漫长的奥氏体回火热循环利用奥氏体回火在商业上制备贝氏体，但贝氏体是一种非常理想的产品。贝氏体钢的一个实用优点是，在贝氏体转变发生后，无需进一步热处理就可获得相对高的强度水平以及足够的延展性。这样的钢当以低碳合金制造时很容易焊接。已发现贝氏体抗回火并且可形成在与焊接金属相邻的热影响区中，从而降低裂纹的发生率并提供脆性较小的焊缝。此外，具有较低碳含量的这些钢倾向于提高焊接性并降低由于转变而产生的应力。当在中碳钢和高碳钢中形成奥氏体回火的贝氏体时，由于较高的碳等效含量而导致焊接性降低。

另一种常规的高强度钢成分马氏体是由碳在铁的体心四方晶格中的硬质过饱和固溶体构成的另一种针状微结构。它通常是在被称为马氏体转变或剪切转变的相转变期间形成的亚稳态过渡结构，在所述相转变中，较大的奥氏体化钢工件可被淬火至在马氏体转变范围内的温度并保持在所述温度下以达到整体均衡的温度，然后冷却至室温。较薄截面的马氏体通常是在水中淬火。由于化学过程在较高温度下加速，因此马氏体易于通过施加热而回火至低得多的强度。在一些合金中，通过加入干扰渗碳体晶核形成的元素例如钨来降低这种作用，但这种现象往往反而被利用。因为淬火可能难以控制，所以大部分钢经过淬火产生过多的马氏体，然后回火以逐渐降低其强度，直到实现适用于预期应用的硬度/延展性结构。

发明内容

根据本发明，利用最小的成本、时间和精力，将呈条带、片、棒、板、线、管、型材、工件等形式的低等级铁合金转变为多相高强度钢。可通过实施本发明来实现双相和更多元相的材料。由于将铁基合金从上限奥氏体化温度加热至峰值所选温度的持续时间短，以及能够快速实现部分贝氏体微结构，因此这种方法已被称为“快速贝氏体加工”。

提供用于极其快速地微处理低碳铁基合金的方法和装置以及由那些合金制造并含有那些合金的物品。铁基或铁合金/物品在微处理之前开始具有含有碳化物的第一微结构，并且通过在所述合金/物品的至少一部分上快速加热和快速冷却成高强度钢而转变为第二多元微结构。