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CN102560023A - 低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法 - Google Patents

低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法 Download PDF

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CN102560023A CN2012100515901A CN201210051590A CN102560023A CN 102560023 A CN102560023 A CN 102560023A CN 2012100515901 A CN2012100515901 A CN 2012100515901A CN 201210051590 A CN201210051590 A CN 201210051590A CN 102560023 A CN102560023 A CN 102560023A
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刘勇
陈凤
朱景川
来忠红
吴韡剑
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
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Abstract

低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,低碳铬硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。是要解决现有传统的热处理工艺处理得到低碳铬硅锰低合金钢不能兼顾高强度与良好塑韧性的要求的问题。方法:将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s,再淬火至室温,即完成。经本发明的低碳铬硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法处理后的低碳铬硅锰低合金钢的拉伸强度达1665MPa~2085MPa,塑性为9%~15%。在保证该系列钢种保持高强度的同时兼具一定的塑性,且综合力学性能比传统热处理工艺显著提高。

Description

低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法
技术领域
本发明涉及低碳铬硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
背景技术
低碳铬硅锰低合金钢主要应用于航空飞机轴、梁和起落架等以及航天火箭、原子能工业等关键承力构件,是最早商品化的一类低合金超高强度钢。低合金超高强度钢是在调质结构钢的基础上发展起来的,通过添加少量的合金元素,达到固溶强化并提高钢的淬透性和马氏体回火稳定性的目的。这类钢的合金元素总含量一般不高于5%,碳含量在0.25-0.50%之间,热处理工艺一般为淬火后再进行回火处理。但是传统的热处理工艺不能兼顾高强度与良好塑韧性的要求:若降低回火温度保持其抗拉强度1500-1600MPa左右,则塑性较低(延伸率仅3%-6%左右)、裂纹敏感性很高易发生低应力脆断;若提高回火温度可改善塑性(延伸率>10%),但强度大幅下降至1000-1100MPa。为此,需要开发简便易行的不完全淬火-等温配分热处理新工艺,在保证适当塑性的前提下大幅提高该系列钢的拉伸强度,或者在保证高强度的同时显著改善塑性和韧性,从而实现高强度、高塑韧性的不同配合,同时改善该系列钢的氢脆敏感性和应力腐蚀抗力,适应海洋性气候等恶劣环境日益增长的高强度重要构件的性能需求。
发明内容
本发明是要解决现有传统的热处理工艺处理得到低碳铬硅锰低合金钢不能兼顾高强度与良好塑韧性的要求的问题,提供了低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,处理得到同时具备良好强度和较好的塑性的低碳铬硅锰低合金钢,达到较好的综合力学性能。
本发明的第一种低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s,再淬火至室温,即完成低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法。
本发明的第二种低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:一、将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s;二、将经步骤一处理后的低碳铬硅锰低合金钢在Ms+100℃至Ms-100℃的温度区间内,等温配分热处理6s~5400s,然后再淬火至室温,即完成低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法。
本发明所述的低碳铬硅锰低合金钢包括但并不仅限于30CrMnSi、30CrMnSiNi2、30CrMnSiNi2A钢和其他低碳SiMn钢。
本发明的低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为低碳铬硅锰低合金钢的AC3以上30℃~50℃,保温时间为10s~1800s,其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。
本发明的低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms,针对某一特定的低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms,是固定值的,且本领域技术人员根据公知常识很简单的就能够获得某低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms
本发明针对商品化低碳铬锰硅系低合金钢提出的淬火-配分(Quenching andPartitioning,简称Q&P)工艺与传统淬火回火工艺不同,本发明的淬火-配分热处理工艺将低碳铬锰硅低合金钢奥氏体化后,先在低碳铬硅锰低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火或者不完全淬火得到部分马氏体和未转变奥氏体,然后在(Ms+100℃,Ms-100℃)的温度区间内保温,使碳从先形成马氏体向未转变奥氏体中扩散并使之稳定化,最后淬火到室温,得到由低碳马氏体和富碳奥氏体组成的复相组织。相对于传统淬火回火工艺,本发明的淬火-配分热处理工艺能使马氏体钢在保持强度水平的前提下明显改善塑韧性。
经本发明的低碳铬硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法处理后的低碳铬硅锰低合金钢的拉伸强度达1665MPa~2085MPa,塑性为9%~15%。在保证该系列钢种保持高强度的同时兼具一定的塑性,且综合力学性能比传统热处理工艺(淬火回火工艺)显著提高,同时根据该系列钢种不同的含碳量和目标性能设计和优化的第一种热处理方法或者第二种热处理方法,获得不同的高强度、高塑韧性和优良的应力腐蚀抗力的配合,满足不同的性能需求。
附图说明
图1为具体实施方式四的热处理方法的工艺示意图;图2为具体实施方式四中处理后的30CrMnSi钢的透射电镜明场像图片;图3为具体实施方式四中处理后的30CrMnSi钢的透射电镜暗场像图片;图4为具体实施方式四中处理后的30CrMnSi钢的衍射斑点图;图5为具体实施方式九的热处理方法的工艺示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式第一种低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s,再淬火至室温,即完成低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法。
本实施方式的低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms,针对某一特定的低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms,是固定值的,且本领域技术人员根据公知常识很简单的就能够获得某低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms
本实施方式适用于30CrMnSi系列低碳铬锰硅系低合金超高强度钢的热处理。使用的钢种成分如下:
本实施方式的热处理工艺适用于30CrMnSi系列低碳铬锰硅系低合金超高强度钢的热处理。其中凡是满足下述表1中所列的成分的钢种均适用于本实施方式的热处理工艺:
表1具体实施方式一中热处理方法适用钢种的成分(Wt.%)
Figure BDA0000139963910000031
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的低碳铬硅锰低合金钢为30CrMnSi钢、30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中所述的低碳铬硅锰低合金钢包括但并不仅限于30CrMnSi钢、30CrMnSiNi2钢和30CrMnSiNi2A钢,还包括其他低碳SiMn钢。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为低碳铬硅锰低合金钢的AC3以上30℃~50℃,保温时间为10s~1800s,其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式30CrMnSi钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将30CrMnSi钢在810℃~890℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在170~320℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温30s~600s,再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。
本实施方式的热处理方法的工艺示意图如图1所示,图中AT表示奥氏体化温度,QT表示淬火温度,PT表示配分温度。
经本实施方式的热处理工艺处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度达到1740MPa~2085MPa,塑性达到10.5%~15%,断面收缩率达21.5%~35%。在保证30CrMnSi钢的强度的同时,获得了很好的塑性,实现了30CrMnSi钢的强塑性配合。
通过下述试验验证本实施方式的30CrMnSi钢的热处理方法的有益效果:
试验1:30CrMnSi钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将30CrMnSi钢在850℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在250℃的温度下进行等温淬火,保温300s,再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度为2085MPa,并且塑性达到10.5%,断面收缩率为21.5%,获得较高的抗拉强度和一定的塑性。具有很好的强塑性配合。
试验2:30CrMnSi钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将30CrMnSi钢在850℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在220℃的温度下进行等温淬火,保温300s,再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度为1740MPa,并且塑性达到15%,断面收缩率为35%,获得较高的抗拉强度和一定的塑性。具有很好的强塑性配合。
本试验处理后是30CrMnSi钢的透射电镜明场像图片如图2所示,可以观察到马氏体板条和介于板条之间的残余奥氏体;透射电镜暗场像图片如图3所示;衍射斑点图如图4所示。
具体实施方式五:本实施方式30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢在AC3以上30℃~50℃下保温10s~3600s完成奥氏体化处理后,然后在马氏体转变起始点Ms以下170~10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s,再淬火至室温,即完成30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢的热处理方法。
具体实施方式六:本实施方式第二种低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:一、将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s;二、将经步骤一处理后的低碳铬硅锰低合金钢在Ms+100℃至Ms-100℃的温度区间内,等温配分热处理6s~5400s,然后再淬火至室温,即完成低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法。
本实施方式的低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms,针对某一特定的低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms,是固定值的,且本领域技术人员根据公知常识很简单的就能够获得某低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式六不同的是:所述的低碳铬硅锰低合金钢为30CrMnSi钢、30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢。其它与具体实施方式六相同。
本实施方式中所述的低碳铬硅锰低合金钢包括但并不仅限于30CrMnSi钢、30CrMnSiNi2钢和30CrMnSiNi2A钢,还包括其他低碳SiMn钢。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式六不同的是:所述低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为低碳铬硅锰低合金钢的AC3以上30℃~50℃,保温时间为10s~1800s,其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式九:本实施方式30CrMnSi钢的热处理方法,其是通过以下步骤实现的:一、将30CrMnSi钢在810℃~880℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在170~250℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温60s~300s;二、将经步骤一处理后的30CrMnSi钢在330℃~440℃的温度区间内,等温配分热处理120s~900s,然后再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。
本实施方式的热处理方法的工艺示意图如图5所示,图中AT表示奥氏体化温度,QT表示淬火温度,PT表示配分温度。
经本实施方式的热处理工艺处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度达到1665MPa~1740MPa,塑性达到9%~13%。在保证30CrMnSi钢的强度的同时,获得了很好的塑性,实现了30CrMnSi钢的强塑性配合。
通过下述试验验证本实施方式的30CrMnSi钢的热处理方法的有益效果:
试验3:30CrMnSi钢的热处理方法,其是通过以下步骤实现的:一、将30CrMnSi钢在850℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在220℃的温度下进行等温淬火,保温120s;二、将经步骤一处理后的30CrMnSi钢在350℃的温度下,等温配分热处理120s,然后再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度为1740MPa,并且塑性达到9.0%,获得较高的抗拉强度和一定的塑性。具有很好的强塑性配合。
试验4:30CrMnSi钢的热处理方法,其是通过以下步骤实现的:一、将30CrMnSi钢在850℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在240℃的温度下进行等温淬火,保温120s;二、将经步骤一处理后的30CrMnSi钢在410℃的温度下,等温配分热处理600s,然后再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度为1665MPa,塑性达到13%,强度较传统热处理最佳值略微降低,但是塑性较好。具有很好的强塑性配合。
试验5:30CrMnSi钢的热处理方法,其是通过以下步骤实现的:一、将30CrMnSi钢在850℃下保温600s完成奥氏体化处理后,然后在180℃的温度下进行等温淬火,保温120s;二、将经步骤一处理后的30CrMnSi钢在430℃的区间内的温度下,等温配分热处理900s,然后再淬火至室温,即完成30CrMnSi钢的热处理方法。处理后的30CrMnSi钢的抗拉强度为1735MPa,塑性达到12.5%,强塑积为21520MPa%。获得较高的抗拉强度和一定的塑性。具有很好的强塑性配合。
具体实施方式十:本实施方式30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢的热处理方法,其是通过以下步骤实现的:一、将30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢在AC3以上30℃~50℃下保温10s~1800s完成奥氏体化处理后,然后在马氏体转变起始点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s;二、将经步骤一处理后的30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢在Ms+100℃至Ms-100℃的温度区间内,等温配分热处理6s~5400s,然后再冷却至室温,即完成30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢的热处理方法。

Claims (6)

1.低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,其特征在于低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s,再淬火至室温,即完成低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法。
2.根据权利要求1所述的低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,其特征在于所述的低碳铬硅锰低合金钢为30CrMnSi钢、30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢。
3.根据权利要求1所述的低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,其特征在于所述低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为低碳铬硅锰低合金钢的AC3以上30℃~50℃,保温时间为10s~1800s,其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。
4.低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,其特征在于低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法是通过以下步骤实现的:一、将低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理后,然后在低碳铬硅锰低合金钢的上马氏体点Ms以下170-10℃的温度下进行等温淬火或者不完全淬火,保温6s~5400s;二、将经步骤一处理后的低碳铬硅锰低合金钢在Ms+100℃至Ms-100℃的温度区间内,等温配分热处理6s~5400s,然后再淬火至室温,即完成低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法。
5.根据权利要求4所述的低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,其特征在于所述的低碳铬硅锰低合金钢为30CrMnSi钢、30CrMnSiNi2钢或者30CrMnSiNi2A钢。
6.根据权利要求4所述的低碳铬硅锰低合金钢的热处理方法,其特征在于所述低碳铬硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为低碳铬硅锰低合金钢的AC3以上30℃~50℃,保温时间为10s~1800s,其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。
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