[发明专利]一种稀土强化含铜析出强化钢及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种稀土强化含铜析出强化钢及其制备方法，属于冶金技术领域。

背景技术

随着现代冶金工业技术的发展，铜在钢中的析出强化作用越来越引起广泛的关注。

由于Cu析出相本身的高塑性及强化作用，因而其在复杂应力应变条件下与周围环境有很好的塑性协调性，同时在Cu析出相附近不易生成导致材料失效的高应力集中区或裂纹，从而有利于提高钢材使用寿命。

利用铜的时效沉淀硬化作用，含铜钢在得到高强度的同时，可大大降低钢中碳含量，从而明显改善钢的塑韧性和焊接性。

因此，利用Cu的沉淀析出对铁素体产生的强化作用来提高钢的强度是很有必要的。

研究表明，在Cu时效析出过程中，钢中的Si、Al、Ni和Mn等合金元素也有向α-Fe/Cu界面偏析的趋势，随着合金元素偏析和Cu析出的进行，钢的综合性能也不断提高。

在冶炼过程中加入稀土元素，能够净化钢液，细化钢的凝固组织，改善夹杂物的形态和分布，且能净化晶界，从而可以有效改善钢的机械性能，尤其是在提高合金的韧性和改善焊接热影响区的韧性方面有明显效果。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种稀土强化含铜析出强化钢及其制备方法，它通过Cu析出物强化合金基体，并加入稀土元素改善钢的机械性能和焊接热影响区韧性。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种稀土强化含铜析出强化钢，所述钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.01～0.045，Si 0.05～0.15，Mn 0.2～1.2，Cu 0.8～1.65，Al 0.015～0.02，Ni 0.05～0.15， RE 0.005～0.08，P≤0.004，S≤0.0025，Fe余量。

本发明同时提供了一种所述的稀土强化含铜析出强化钢的制备方法，包括冶炼和铸造、加入稀土元素及浇铸步骤，在冶炼和铸造步骤中，加入稀土元素前，钢液的全氧含量≤150ppm，稀土元素加入后到浇铸时的间隔时间≤30秒。

所加稀土为稀土La或Ce金属丝铁皮包芯线，以及稀土La和Ce混合金属丝铁皮包芯线，La和Ce混合金属丝铁皮包芯线中La质量分数为35%，Ce质量分数为65%。

本发明还包括固溶、时效析出和淬火热处理，其步骤为：固溶热处理为将合金加热至840～920℃，保温0.5～5小时；随后将合金空冷至550～650℃保温0.5～3小时，实现时效析出热处理；最后将合金进行水淬。

本发明利用Cu的时效析出，并结合Si、Al、Ni和Mn等合金元素向α-Fe/Cu界面偏析，共同达到强化低合金钢的作用。稀土元素的加入不但能够显著改善钢的机械性能和焊接热影响区韧性。

附图说明

图1为实施例1所述工艺制备合金的透射电镜图片。

具体实施例

按照设计成分进行冶炼，浇铸成铸坯。

采用真空感应炉进行冶炼；在加入稀土元素前控制钢液的全氧含量≤150ppm，出钢浇铸前加入稀土元素，稀土元素加入到浇铸之间时间间隔≤30秒。所加稀土为稀土Ce金属丝铁皮包芯线。

浇铸温度为1500～1650℃；

铸坯成分为：C 0.02，Si 0.06，Mn 0.2，Cu 1.5，Al 0.018，Ni 0.09，Ce 0.036，P 0.008，S 0.0005，Fe余量。铸坯尺寸为200×80×30mm（长×宽×高）。

将铸坯加热至1000℃保温15分钟，开轧温度为980℃，经4道次轧制将轧件轧至8mm厚，终轧温度820℃，轧件空冷至750℃后水冷。之后用线切割机将轧件切割为15mm×10mm×6mm试样。将切割好的试样进行固溶和时效处理：固溶热处理为将合金加热至880℃，保温1.2小时；随后将合金空冷至630℃保温2小时，实现富铜颗粒的时效析出；最后将试样进行水淬。

对制备好的试样进行研磨抛光后，测试其表面硬度平均值为213HV。从热处理后的样品上线切割出0.2mm厚的薄片，经机械磨光到0.08mm，冲成直径为3mm的圆片，用90%乙醇+10%高氯酸溶液电解双喷减薄至穿孔，在JEOL JEM-2010型透射电子显微镜下进行观察，得到试样的透射电镜图片如附图1所示。图中颜色较深的颗粒为时效析出的富铜粒子，这些颗粒弥散分布于浅色畴区，形状大多呈等轴状，直径大约为5-20nm。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。