本发明涉及高强度钢铁材料，尤其涉及一种高强度高碳贝氏体耐磨钢及其制备方法。
背景技术：
1、高碳低温贝氏体钢(又称纳米贝氏体钢或超级贝氏体钢)是近年来在耐磨材料领域备受关注的一类钢种；该类钢奥氏体化后经200-350℃等温处理，可获得超细贝氏体铁素体组织(板条宽度可细化至数十纳米)，独特的显微组织结构使得该类钢具有优异的强度与耐磨性能。此外，典型的高碳低温贝氏体钢的成分以fe、c、mn、si、cr、mo等元素为主，合金成本可控。高碳低温贝氏体钢在高性能耐磨钢领域有着广阔的应用前景，然而过长的相转变工艺(典型高碳低温贝氏体钢，相完全转变需几十小时甚至数天时间)显著降低了该类钢种的生产效率。
2、为了缩短相转变时间，提高高碳低温贝氏体钢的生产效率，技术人员采取了各种方法。发明专利cn108384928b报道了一种加速纳米贝氏体相变的方法，利用两阶段等温相变的方法促进高碳贝氏体钢相变，奥氏体化后将钢铁材料在第一温度(马氏体转变温度以上5～100℃)进行第一阶段转变，随后升温至第二温度进行第二阶段等温转变，从而缩短相变时间，该方法中采取两阶段等温处理，增加了额外的热处理工艺。发明专利cn108384928b报道了利用原位纳米aln异质形核加速钢中贝氏体相变的方法，钢中加入0.1-0.2wt％的al和100-200ppm的n，在钢中原位析出尺寸为20-100nm、体积分数0.1-0.2vol.％的均匀分布的aln颗粒，促进贝氏体相变；然而对于部分铝含量高的高碳低温贝氏体钢，该方法中控制aln尺寸及含量较为困难。发明专利cn103451549b报道了一种2100mpa纳米贝氏体钢及其制备方法，该方法中铸坯经过锻造和热轧后，再经高温等温、盐浴冷却和低温盐浴等温，在200～300℃保温10～100h，获得细小的纳米尺寸贝氏体铁素体；盐浴处理虽然能够获得高的抗拉强度，但盐浴处理增加了热处理复杂性，不利于规模化生产，且所述钢中添加1.0-3.0wt％的co来促进贝氏体相变，增加了合金成本。
3、因而，继续对高碳低温贝氏体钢的成分设计及制备方法进行优化，缩短相转变时间十分必要。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种高强度高碳贝氏体耐磨钢及其制备方法，至少用以解决现有高强度高碳贝氏体耐磨钢及其制备方法存在的以下问题之一：1、现有高强度高碳贝氏体耐磨钢制备过程中，贝氏体相变所需时间长导致生产效率低；2、现有高强度高碳贝氏体耐磨钢制备过程中为缩短相转变工艺时间采取的方法合金成本高、热处理工艺复杂，不利于规模化生产。
2、本发明的目的主要是按照以下技术方案实现的：
3、本发明提供了一种高强度高碳贝氏体耐磨钢，组分以质量百分比计为：c 0.65～0.90wt％、si 1.0～1.55wt％、mn 1.90～2.20wt％、cr 0.70～0.95wt％、ni 0.50～0.70wt％、al 0.85～1.10wt％、o 0.001～0.0035wt％和ce0.01～0.03wt％，c含量和cr含量比例c/cr＜1，其余为fe和不可避免的杂质。
4、进一步地，所述高强度高碳贝氏体耐磨钢的组分以质量百分比计为：c 0.67～0.90wt％、si 1.06～1.55wt％、mn 1.91～2.20wt％、cr 0.72～0.95wt％、ni 0.57～0.70wt％、al 0.85～0.98wt％、o 0.0018～0.0035wt％和ce0.013～0.03wt％，c含量和cr含量比例c/cr＜1，其余为fe和不可避免的杂质。
5、进一步地，所述高强度高碳贝氏体耐磨钢的微观组织包括贝氏体铁素体和残余奥氏体，其中，贝氏体铁素体板条宽度＜200nm。
6、本发明还提供了一种高强度高碳贝氏体耐磨钢的制备方法，用于制备上述高强度高碳贝氏体耐磨钢，包括以下步骤：
7、s1：按照耐磨钢合金成分配比称取合金原料；
8、s2：将合金原料经冶炼、铸造和锻造，得到第一钢锭；
9、s3：将第一钢锭重新加热至950～1030℃，保温后出炉冷却至低温贝氏体相变区温度，得到第二钢锭；
10、s4：将第二钢锭在230～300℃等温处理，随后冷却至室温，得到贝氏体耐磨钢。
11、进一步地，步骤s2中，所述冶炼为非真空感应冶炼。
12、进一步地，步骤s2中，所述第一钢锭的厚度为15-30mm。
13、进一步地，步骤s2中，所述第一钢锭中包含稀土氧化物，稀土氧化物的体积分数为0.1～0.2vol％。
14、进一步地，所述稀土氧化物的尺寸为0.5～3μm。
15、进一步地，步骤s3中，所述保温时间为所述第一钢锭厚度的1.5-2倍，单位min。
16、进一步地，步骤s4中，所述等温处理的时间为6～12h。
17、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
18、1、本发明提供的一种高强度高碳贝氏体耐磨钢及其制备方法，在钢的组分中引入稳定性高的稀土氧化物颗粒，避免了热处理过程中引入额外处理工艺。稀土氧化物颗粒可以为贝氏体铁素体相变提供有效形核位置，从而促进高碳贝氏体相变；能够在更低温度进行等温处理，从而获得更细的贝氏体铁素体。此外，添加稀土氧化物颗粒后缩短贝氏体相变时间，可以提高高碳贝氏体钢工业生产效率。
19、2、本发明提供的高强度高碳贝氏体耐磨钢的制备方法，在添加稀土氧化物颗粒的基础上，设计了较高的钢奥氏体化温度，获得了较大的奥氏体晶粒；较高的钢奥氏体化温度一方面有利于低温等温过程中贝氏体铁素体长大；另一方面，大的奥氏体晶粒尺寸下可以促进贝氏体铁素体相变，使得钢中获得更多贝氏体组织，从而提升高碳贝氏体耐磨钢强度与韧性。
20、3、本发明的耐磨钢采用高碳成分设计，使得钢的马氏体开始转变温度下降至200℃以下，保证贝氏体相变在230-300℃范围内进行，从而获得超细贝氏体铁素体，其中贝氏体铁素体板条宽度＜200nm。利用si、al匹配设计抑制贝氏体相变过程中渗碳体的析出，与单一添加si相比，al元素的添加能够获得更大的贝氏体相变驱动力，促进贝氏体相变，避免添加co等昂贵元素，降低了合金成本。同时利用mn、cr元素提高淬透性，且设计碳含量和铬含量比例c/cr＜1，抑制高碳贝氏体耐磨钢在奥氏体化后空气冷却过程中珠光体相变的出现，保证高碳贝氏体耐磨钢获得超细贝氏体铁素体和残余奥氏体，从而获得高的抗拉强度和断后伸长率。所述高碳贝氏体耐磨钢经950～1030℃奥氏体化后出炉冷却至230～300℃等温6～12h，最终制备得到的耐磨钢抗拉强度1500-2077mpa，屈服强度1030-1291mpa，断后伸长率6-17％。
21、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种高强度高碳贝氏体耐磨钢，其特征在于，组分以质量百分比计为：c 0.65～0.90wt％、si 1.0～1.55wt％、mn 1.90～2.20wt％、cr 0.70～0.95wt％、ni 0.50～0.70wt％、al 0.85～1.10wt％、o 0.001～0.0035wt％和ce0.01～0.03wt％，c含量和cr含量比例c/cr＜1，其余为fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度高碳贝氏体耐磨钢，其特征在于，所述高强度高碳贝氏体耐磨钢的组分以质量百分比计为：c 0.67～0.90wt％、si 1.06～1.55wt％、mn 1.91～2.20wt％、cr 0.72～0.95wt％、ni0.57～0.70wt％、al 0.85～0.98wt％、o 0.0018～0.0035wt％和ce 0.013～0.03wt％，c含量和cr含量比例c/cr＜1，其余为fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高强度高碳贝氏体耐磨钢，其特征在于，所述高强度高碳贝氏体耐磨钢的微观组织包括贝氏体铁素体和残余奥氏体，其中，贝氏体铁素体板条宽度＜200nm。
4.一种高强度高碳贝氏体耐磨钢的制备方法，用于制备权利要求1-3任一项所述高强度高碳贝氏体耐磨钢，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述冶炼为非真空感应冶炼。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述第一钢锭的厚度为15-30mm。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述第一钢锭中包含稀土氧化物，稀土氧化物的体积分数为0.1～0.2vol％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物的尺寸为0.5～3μm。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述保温时间为所述第一钢锭厚度的1.5-2倍，单位min。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述等温处理的时间为6～12h。
