本发明公开了一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法,属于低合金高强钢的领域。采用C-Mn-Si-Cr为主要合金元素,添加Al、Ni、Mo、Cu、Nb、Ti和V等元素,其余为Fe。采用常规炼钢工艺冶炼,铸造、锻造或轧制成钢轨、厚壁管材、大截面棒材或厚板材等,经过奥氏体化,采用不同的冷却介质控制冷却,在冷却过程中得到部分贝氏体组织,再立即进行分配处理和低温回火处理,分配时间为30~360分钟,最终得到的贝氏体/马氏体/奥氏体复相组织具有良好的强塑性和韧性配合。对于大尺寸、淬火易开裂的构件,本发明贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢具有广阔的应用前景。
1.一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:1)采用常规炼钢工艺冶炼,铸造、锻造或轧制成各种钢材,所述钢材包含的组分及质量百分比为:C:0.02~0.68wt%;Mn:2.00~4.80wt%;Si:0.20~2.50wt%;Cr:0.20~1.50wt%;Al:0.01~1.00wt%;Ni:0.01~1.80wt%;Mo:0.01~1.60wt%;Cu:0.01~2.00wt%;Nb:0.00~0.08wt%;V:0.00~0.12wt%;Ti:0.00~0.05wt%;P:0.001~0.02wt%;S:0.001~0.02wt%;其余为Fe;2)将上步得到的钢材加热至850~1050°C保温1~5小时;3)根据步骤1)中钢材的成分,在冷却介质中冷却,冷却至室温~360°C,在冷却过程中得到部分贝氏体组织;4)再立即加热至100~500°C进行分配处理,分配时间为30~360分钟,处理后空冷至室温;5)将步骤4)得到的钢材在100~360°C保温30~360分钟。
2.根据权利要求1所述的一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法,其特征在于:步骤3)所述的冷却介质包括水、盐、风、空气或油。技术领域
本发明涉及低合金高强钢领域,尤其是涉及一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法。
背景技术
为降低机械构件重量以节约能源和资源,低合金高强钢已被广泛应用到机械、汽车、轮船、航空等多个领域,而对于传统的高强钢,随着强度的增加,塑性会逐渐恶化,从而限制了高强钢的应用。传统高强钢热处理工艺一般以淬火-回火工艺为主,为改善高强钢的塑性,徐祖耀(热处理,2007,22(1))提出了一种淬火-分配-回火工艺(以下简称Q-P-T),该工艺指工件经奥氏体化后,淬火至马氏体开始转变温度(Ms)和结束转变温度(Mf)之间某温度(该温度称为淬冷温度,Tq),获得部分马氏体组织,然后升至另一温度(该温度被称为分配温度,Tp),保温一段时间进行分配处理,再在一定温度进行回火,实现碳从过饱和马氏体分配(扩散)到未转变奥氏体中,得到稳定的残余奥氏体,或从过饱和马氏体中析出碳化物,发挥析出强化效果,从而提高高强钢的塑性,获得更高的强塑积(强度和延伸率的乘积,MPa%)。实现Q-P-T工艺的关键是控制淬冷温度Tq和分配温度Tp,同时选择合适分配时间。然而,传统Q-P-T工艺存在两个不可避免的不足之处:一是为得到马氏体组织,需要采用较快淬火冷却速度,但是对于大尺寸构件,如果淬火冷却速度过快,很难实现构件表层和心部的组织一致(一般表层为马氏体,心部仍然以珠光体为主),同时构件也易开裂;二是对于传统Q-P-T工艺,分配时间较短(分配时间一般为10~600秒,徐祖耀,热处理,2009(6)),如果分配时间太短,较难实现工业化生产,且对于大尺寸构件无法实现温度的均匀性,造成大尺寸构件表层和心部性能不一致。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法,采用不同冷却介质控制冷却,在冷却过程中得到贝氏体组织,并延长分配时间保证表层和心部组织和性能的一致性,在连续冷却过程中形成部分贝氏体组织可避免淬火开裂,最终显著提高其强度和塑性。本发明采用的技术方案是提供一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法,该方法包括如下步骤:1)采用常规炼钢工艺冶炼,铸造、锻造或轧制成各种钢材,使钢中的各成分的质量百分比为:C:0.02~0.68wt.%;Mn:2.00~4.80wt.%;Si:0.20~2.50wt.%;Cr:0.20~1.50wt.%;Al:0.01~1.00wt.%;Ni:0.01~1.80wt.%;Mo:0.01~1.60wt.%;Cu:0.01~2.00wt.%;Nb:0.00~0.08wt.%;V:0.00~0.12wt.%;Ti:0.00~0.05wt.%;P:0.001~0.02wt.%;S:0.001~0.02wt.%;其余为Fe;2)将上步得到的钢材加热至850~1050°C保温1~5小时;3)根据步骤1)中钢材的成分,在冷却介质中冷却,冷却至室温~360°C后,在冷却过程中得到部分贝氏体组织;4)再立即加热至100~500°C进行分配处理,分配时间为30~360分钟,分配处理后空冷至室温;5)将步骤4)得到的钢材在100~360°C保温30~360分钟。优选地,步骤3)所述的冷却介质包括水、盐、风、空气或油。本发明的效果是本发明提出的采用控制冷却-分配-回火工艺生产贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法,以C-Mn-Si-Cr为主要合金元素,结合Mn对贝氏体形成的有利作用,及Si和Al对增加残余奥氏体稳定性的有利作用,克服了高强钢合金成本高的不足之处,适应我国资源节约型发展的战略;同时进行不同冷却介质中的控制冷却,在冷却过程中得到部分贝氏体组织,最终延长了分配时间,克服了传统Q-P-T工艺中分配时间较短(10~600秒),不宜控制的缺点。最终获得的贝氏体/马氏体/奥氏体复相组织具有良好的强塑性和韧性配合。控制冷却-分配-回火工艺生产贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的过程示意图见图1。应用本工艺得到的高强钢强度>1200MPa,延伸率>10%,强塑积>20000MPa%,HRC>40,夏比V型冲击值a_KV>50J/cm²,具有良好的强塑性配合,各项数值见表2。特别适于需长时间分配处理的厚壁钢管、厚板、大尺寸机械构件等高强钢生产,对不利于实现水淬或水淬容易开裂的大尺寸构件也具有独特优势,对于大尺寸、淬火易开裂构件,本发明贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是控制冷却-分配-回火工艺生产贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的示意图;图2是典型贝氏体/马氏体/奥氏体复相组织图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步加以说明。表一各种钢材合金组分质量百分比 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 各实施例中钢材合金组分含量如表一所示,其余为铁。实施例1(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成厚度为30mm的中厚钢板;(2)将上述钢材加热至1050°C保温1小时进行奥氏体化,然后采用水冷,冷却至360°C,立即再加热到500°C进行分配处理,分配时间为120分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在100°C保温2小时进行低温回火处理。实施例2(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成厚度为80mm的中厚板;(2)将上述钢材加热至1050°C保温2小时进行奥氏体化,然后采用水冷,冷却至320°C,立即再加热至450°C进行分配处理,分配时间为180分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在280°C保温3小时进行低温回火处理。实施例3(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成直径为32mm的钢筋;(2)将上述钢材加热至920°C保温1小时进行奥氏体化,然后进行盐浴处理,冷却至320°C,立即再加热至280°C进行分配处理,分配时间为40分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在250°C保温5小时进行低温回火处理。实施例4(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成直径为48mm的钢筋;(2)将上述钢材加热至960°C保温2小时进行奥氏体化,然后采用风冷,冷却至320°C,立即再加热至360°C进行分配处理,分配时间为60分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在320°C保温5小时进行低温回火处理。实施例5(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成壁厚为10mm的无缝钢管;(2)将上述钢材加热至850°C保温1小时进行奥氏体化,然后采用水冷,冷却至290°C,立即再加热至380°C进行分配处理,分配时间为30分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在280°C保温0.5小时进行低温回火处理。实施例6(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成壁厚为20mm的无缝钢管;(2)将上述钢材加热至950°C保温2小时进行奥氏体化,然后采用空冷,冷却至室温,立即再加热至360°C进行分配处理,分配时间为240分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在150°C保温6小时进行低温回火处理。实施例7(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,轧制成75Kg的直线钢轨;(2)将上述钢材加热至980°C保温3小时进行奥氏体化,然后采用风冷,冷却至100°C,立即再加热至150°C进行分配处理,分配时间为240分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在360°C保温5小时进行低温回火处理。实施例8(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,锻造成直径为200mm的车轴;(2)将上述钢材加热至900°C保温5小时进行奥氏体化,然后采用油冷,冷却至180°C,立即再加热至360°C进行分配处理,分配时间为360分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在280°C保温5小时进行低温回火处理。实施例9(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,铸造成壁厚为30mm的耐磨钢管;(2)将上述钢材加热至920°C保温2小时进行奥氏体化,然后采用空冷,冷却至室温,立即再加热至100°C进行分配处理,分配时间为90分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在250°C保温2小时进行低温回火处理。实施例10(1)采用常规炼钢工艺冶炼后,铸造成厚度为50mm的耐磨钢板;(2)将上述钢材加热至920°C保温3小时进行奥氏体化,然后采用空冷,冷却至150°C,立即再加热至360°C进行分配处理,分配时间为120分钟,分配处理后空冷至室温;(3)将上述钢材在320°C保温3小时进行低温回火处理。通过万能拉伸试验机和冲击试验机,采用标准拉伸试样和冲击试样,以GB/T228.1-2010和GB/T229-2007国家标准的规定试样条件及取样位置,分别测定了各实施例试样的力学性能,性能范围如表2所示。表2实施例的力学性能 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 对以本发明方法制备的贝氏体/马氏体/奥氏体多相高强钢进行金相扫描,扫描金相试样制备过程如下:截取金相样,即截取实施例1-10得到的多相高强钢,预磨,抛光,采用2%硝酸酒精溶液腐蚀。透射金相试样制备过程如下:预磨至30~50μm,采用4%高氯酸酒精溶液,在双喷减薄仪上进行减薄。实施例5的扫描和透射显微组织如图2所示,其他实施例的显微组织与实施例5的显微组织类似,只是微区尺寸大小稍有差异。