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i超高碳钢的碳含量(C>1.0%)介于常用钢材和铸铁之间,由于碳含量较高,采用常规工艺生产时,碳以粗大脆性网状碳化物的形式沿原奥氏体晶界析出,使材料的脆性显著增加。研究表明采用适当的工艺将其中网状碳化物破碎或抑制其析出,使钢得到等轴状铁素体基体上均匀分布的球状碳化物组织时,能够使钢获得良好的力学性能。本研究利用真空熔炼技术制备化学成份为C=1.5～1.9%,Cr=1.3～1.7%,Al=1.0～4.0%或Si=2.0～3.0%的超高碳钢,以铸锭在1050～1100℃轧制成的直径20～25mm的棒材作为本研究的母材,然后根据需要对样品进行热处理,组织分析和力学性能测试等。研究结果表明:(1)合金元素Al和Si均能够抑制超高碳钢中粗大网状碳化物在原奥氏体晶界上析出,但是Al的作用优于Si。它们也能够细化珠光体,减小珠光体片间距,但Al细化的作用优于Si,例如UHCS-2.83Si钢珠光体片间距为0.2μm,UHCS-2.61Al钢珠光体片间距达到0.072μm。(2)Si对珠光体形态几乎没有影响,Al对珠光体形态影响较大,Al<2.0%时形成细片状珠光体,珠光体团尺寸很小,碳化物片分叉增多,Al>2.0%时形成的珠光体在低倍下看似很粗大,且薄厚不均匀,但高倍电镜观察的结果表明这些看似“粗大”的渗碳体片实际上是由铁素体和许多更为细小的碳化物片组成,而且珠光体片间距也很均匀。(3) Si在促进超高碳钢石墨化方面的作用要优于Al。UHCS-2.13Si钢组织中有少量细片状石墨析出,UHCS-2.83Si钢中析出的片状石墨数量增多,且尺寸增大。C=1.49%,Cr=1.52%,Al=4.02%的超高碳钢中没有石墨析出,而C=1.92%,Cr=1.58%,Al=4.03%超高碳钢因碳含量增多导致仅析出一定量尺寸较小的团絮状石墨。(4)含Al超高碳钢表现出很好的锻造性能,即使有石墨析出的UHCS-4.03 Al钢仍然能够顺利锻造成棒材,且材料的表面质量较好。由于片状石墨相存在,含Si超高碳钢的锻造性能则相对较差,一经锻打就开裂,甚至UHCS-2.83Si钢完全不能锻造成棒材。(5)超高碳钢(C=1.5～1.7%,Cr=1.5～1.6%,Al=2.3～4.0%)在820℃～880℃范围内随球化退火温度的不断提高,钢中碳化物的球化效果逐渐变好。球化退火处理后钢的塑性得到明显改善,材料的应力-应变曲线上都存在明显的屈服平台。钢的塑性受第二相粒子类型影响较大,例如UHCS-4.02Al钢经820℃×2h球化退火得到有很多片状碳化物存在的球化组织,经850℃×3h球化退火得到有少量细小片状碳化物存在的球化组织,经880℃×2h球化退火后才能得到碳化物完全球化的球化组织,而且该钢在不同退火条件下都有很高的强度(σs≈700Mpa,σb≈1000MPa),由于存在金属间化合物Al13Fe4它的塑性始终无法改善。而UHCS-2.61Al钢第二相主要是Fe3C,因此经820℃×2h和850℃×3h球化退火处理在保持很高强度(σs≈700Mpa,σb≈1000MPa)的情况下能够获得δ=18%的塑性。