技術領域

本發明涉及貝氏體鋼及其制造方法。本發明雖然特別涉及適合用作裝甲的鋼，但并不限于此類鋼。本發明還涉及可隨后被加工成貝氏體鋼的相變微結構(transition?microstructure)。

背景技術

主要為貝氏體的鋼通常是具有至少50％貝氏體的鐵素體結構的鋼。將貝氏體分為兩類：上貝氏體和下貝氏體。

上貝氏體在貝氏體鐵素體晶粒內不含碳化物析出物，但在晶界處可具有析出的碳化物。

下貝氏體在貝氏體鐵素體晶粒內部具有的析出碳化物與晶界成特征角。晶界處也可以存在析出的碳化物。

最近描述了不含碳化物的貝氏體，該貝氏體中包含了90％～50％的貝氏體，剩余的是奧氏體，其中過量的碳以超過平衡濃度的濃度保留在貝氏體鐵素體內；也有部分碳分配至殘余奧氏體中。此類貝氏體鋼具有非常細的貝氏體薄片(bainite?platelet)(厚度為100nm以下)。本說明書中使用術語“超級貝氏體鋼”來描述此類鋼。

2001年2月15日的WO?01/011096A(英國國防部)描述并請求保護一種主要為貝氏體的鋼。盡管這種材料與其它已知的硬裝甲鋼相比具有較低的合金成本，但是制造包括長時間的加熱，特別是在向貝氏體的轉變中包括長時間的加熱，導致較高的能量成本和較長的生產時間。還極其難以對該貝氏體鋼進行機加工、開孔和成型。因此其工業應用受限。

日本專利申請JP05-320740A描述了一種含碳化物的下貝氏體鋼。

發明內容

本發明提供了一種可相對經濟地進行制造的超級貝氏體鋼。本文中還描述了能夠使制造過程中的機加工、開孔和成型更為容易的制造方法。

在本發明中，以重量百分比計，超級貝氏體鋼包含以下成分：

碳0.6％～1.1％；

錳0.3％～1.8％；

鎳至多為3％；

鉻0.5％～1.5％；

鉬至多為0.5％；

釩至多為0.2％；

和對于使貝氏體基本上不含碳化物而言足量的硅和/或鋁；

以及除偶存雜質之外余量的鐵。

此類鋼可以非常硬，可為550HV～750HV。

出于成本原因并為了方便制造，相對于鋁更優選硅，因此對于裝甲鋼而言，通常不會使用鋁。實際上最小的硅含量為0.5重量％，并不應超過2重量％。過量的硅使得過程難以控制。

所述超級貝氏體鋼的一些其它成分的優選范圍以重量百分比計為：

錳0.5％～1.5％；

鉻1.0％～1.5％；

鉬0.2％～0.5％；

釩0.1％～0.2％。

鉬的存在減緩了珠光體轉變。因此，由于降低了向珠光體轉變的風險，它使得最終向貝氏體的轉變更為容易。釩的存在提高了韌性。

通過改變錳含量，發現可以改變向貝氏體相變(transition)的速率，錳含量越高則相變越慢。但是，從實踐的觀點來看，發現約1重量％的錳含量在相變速度(由此而得的較低能量成本)和控制過程的能力之間提供了合理的折衷。實際上，即使旨在達到1重量％，錳含量也將在約0.9％～1.1％之間變化，因此，在本發明的上下文中，單詞“約”表示所提出數字有±10％的可能變化。

已經發現，使用優選范圍內的成分制得的超級貝氏體鋼具有極細的貝氏體薄片(薄片厚度平均為40nm以下，通常大于20nm厚)，其硬度為630HV以上。

此處描述的超級貝氏體鋼基本上不含有塊狀奧氏體。

在本發明的另一方面中，超級貝氏體鋼的制造方法包括以下步驟：

使具有如前述段落中所表征組成的鋼從高于其奧氏體相變溫度的溫度冷卻至高于其馬氏體初始溫度但低于貝氏體初始溫度的溫度，其冷卻速度足夠快以避免形成珠光體；

使所述鋼保持在上述范圍內的溫度至多1周。

可包括額外的步驟：

最初將具有如前述段落中所表征的組成的鋼冷卻成全珠光體狀態；

將所述鋼重新加熱至全奧氏體狀態；

然后如前述段落所述，使所述鋼進行冷卻和轉變。

所述馬氏體初始溫度隨精確的合金組成而顯著不同。以下描述的附圖中示出了若干組成的示意性實例。事實上，所述轉變溫度將高于190℃，從而確保轉變適度快速地進行。

可包括額外的步驟：

將處于其珠光體形式的鋼重新加熱，以使其奧氏體化，并且

使所述鋼能夠再次足夠緩慢地冷卻成全珠光體相。

可重復進行該步驟。