CN103276164B - 一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，它涉及一种低合金钢高强韧化热处理方法。本发明是要解决经传统热处理工艺处理后，得到的中碳硅锰铬镍系低合金钢不能同时具备良好的强度和塑韧性的问题。方法：一、将中碳硅锰铬镍系低合金钢进行奥氏体化处理，然后进行等温淬火，完成第一次热处理；二、将步骤一第一次热处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢进行等温淬火，然后淬火至室温，即完成。经本发明处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度为1580MPa～2000MPa，屈服强度为1340MPa～1870MPa，延伸率为9.0%～22.9%，断面收缩率为16.0%～43.2%。本发明可用于中碳硅锰铬镍系低合金钢的热处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金钢高强韧化热处理方法。
背景技术
中碳硅锰铬镍系低合金钢是低合金高强钢，基于其强度高的特点主要应用于飞机起落架、火箭壳体材料和发动机泵十字轴。中碳硅锰铬镍系低合金钢的含碳量一般在0.25%～0.5%之间，合金元素总含量不高于5%，其中Cr、Ni和Mn元素具有提高钢的淬透性的作用；Mo和V元素的添加，能够起到细化晶粒，改善钢的显微组织的作用，并可以提高钢的回火能力。中碳硅锰铬镍系低合金钢的传统热处理工艺之一为淬火后低温回火热处理，通过这种工艺，最终获得的中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度为1510MPa，屈服强度为1110MPa，延伸率为8.8%。经此工艺传统热处理后，该钢种强度较高，但塑韧性较差，不能满足重要零部件高强韧性的要求。
发明内容
本发明是要解决经传统热处理工艺处理后，得到的中碳硅锰铬镍系低合金钢不能同时具备良好的强度和塑韧性的问题，而提供一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法。
本发明一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将中碳硅锰铬镍系低合金钢进行奥氏体化处理，然后在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以下90℃～10℃进行等温淬火，保温时间为120s，完成第一次热处理；其中所述的等温淬火为等温油淬或等温气淬；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上80℃～200℃进行等温淬火，保温时间为90s～1400s，然后淬火至室温，即完成中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理；其中所述的等温淬火为等温油淬或等温气淬。
本发明的优点：一、本发明针对商品化中碳硅锰铬镍系低合金钢提出的高强韧化热处理方法与传统淬火回火工艺不同，本发明的强韧化热处理工艺将中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化后，先在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，得到部分马氏体和未转变奥氏体，然后在(Ms+80℃～200℃)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，最后淬火至室温，得到由低碳马氏体和富碳奥氏体组成的复相组织，富碳奥氏体含量在5.9%～17.1%之间，相对于传统淬火回火工艺，本发明的强韧化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；二、经本发明的中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度为1580MPa～2000MPa，屈服强度为1340MPa～1870MPa，延伸率为9.0%～22.9%，断面收缩率为16.0%～43.2%，在保证该系列钢种保持高强度的同时兼具一定的塑性，与传统热处理工艺获得的中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度为1510MPa，屈服强度为1110MPa，延伸率为8.8%相比，抗拉强度提高了4.6%～32.4%，屈服强度提高了20.7%～68.5%，延伸率提高了2.3%～160.2%，综合力学性能比传统热处理工艺显著提高，同时根据该系列钢种不同含碳量的热处理方法，获得不同的高强度、高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为试验二高强韧化热处理后40SiMnCrNiMoV钢的TEM照片；
图2为试验三高强韧化热处理后40SiMnCrNiMoV钢的SEM照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将中碳硅锰铬镍系低合金钢进行奥氏体化处理，然后在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以下90℃～10℃进行等温淬火，保温时间为120s，完成第一次热处理；其中所述的等温淬火为等温油淬或等温气淬；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上80℃～200℃进行等温淬火，保温时间为90s～1400s，然后淬火至室温，即完成中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理；其中所述的等温淬火为等温油淬或等温气淬。
本实施方式的中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms，针对某一特定的中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms是固定值，且本领域技术人员根据公知常识很简单的就能够获得某中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms。
本实施方式针对商品化中碳硅锰铬镍系低合金钢提出的高强韧化热处理方法与传统淬火回火工艺不同，本实施方式的强韧化热处理工艺将中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化后，先在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，得到部分马氏体和未转变奥氏体，然后在(Ms+80℃～200℃)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，最后淬火至室温，得到由低碳马氏体和富碳奥氏体组成的复相组织，富碳奥氏体含量在5.9%～17.1%之间，相对于传统淬火回火工艺，本实施方式的强韧化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；二、经本实施方式的中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度为1580MPa～2000MPa，屈服强度为1340MPa～1870MPa，延伸率为9.0%～22.9%，断面收缩率为16.0%～43.2%，在保证该系列钢种保持高强度的同时兼具一定的塑性，与传统热处理工艺获得的中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度为1510MPa，屈服强度为1110MPa，延伸率为8.8%相比，抗拉强度提高了4.6%～32.4%，屈服强度提高了20.7%～68.5%，延伸率提高了2.3%～160.2%，综合力学性能比传统热处理工艺显著提高，同时根据该系列钢种不同含碳量的热处理方法，获得不同的高强度、高韧性和优良的应力腐蚀抗力的配合，满足不同的性能需求。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的奥氏体化处理具体操作过程如下：将中碳硅锰铬镍系低合金钢在温度为中碳硅锰铬镍系低合金钢的Ac3以上30℃～50℃的条件下保温，保温时间为600s～1800s，即完成奥氏体化处理；其中所述的Ac3为加热时铁素体全部转变为奥氏体时的终了温度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢为40SiMnCrNiMoV钢、37SiMnCrNiMoV钢、30Si2MnCrMoVE钢或35SiMnCrMoVA钢。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述的40SiMnCrNiMoV钢的成分如下：C含量为0.25Wt.%～0.5Wt.%、Si含量为1.4Wt.%～1.7Wt.%、Mn含量为0.7Wt.%～1.1Wt.%、Cr含量为0.9Wt.%～1.3Wt.%、Ni含量为0.2Wt.%～2.0Wt.%、S含量为≤0.02Wt.%且P含量为≤0.02Wt.%。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以下80℃～10℃进行等温淬火。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上90℃～180℃进行等温淬火。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上100℃～190℃进行等温淬火。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上100℃～200℃进行等温淬火。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中保温时间为100s～1200s。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中保温时间为120s～1250s。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述试验验证本发明的效果：
试验一：一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将40SiMnCrNiMoV钢在870℃下保温600s完成奥氏体化处理后，然后在温度为180℃的条件下等温油淬，保温时间为120s，完成第一次热处理；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在温度为330℃的条件下等温油淬，保温时间为120s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
对本试验高强韧化热处理后的40SiMnCrNiMoV钢进行性能检测，检测结果如下：抗拉强度为1730MPa，屈服强度为1460MPa，并且塑性达到16.3%，断面收缩率为46.3%，获得较高的抗拉强度和一定得塑性，具有良好的强塑性配合。
试验二：一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将40SiMnCrNiMoV钢在870℃下保温600s完成奥氏体化处理后，然后在温度为180℃的条件下等温油淬，保温时间为120s，完成第一次热处理；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在温度为350℃的条件下等温油淬，保温时间为600s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
对本试验高强韧化热处理后的40SiMnCrNiMoV钢进行性能检测，检测结果如下：抗拉强度为1870MPa，屈服强度为1530MPa，且塑性达到17.4%，断面收缩率为43.2%，具有良好的强塑性配合。
采用透射电子显微镜检测本试验高强韧化热处理后的40SiMnCrNiMoV钢，检测结果如图1所示，图1为本试验高强韧化热处理后40SiMnCrNiMoV钢的TEM照片，由图1可以看到马氏体和残余奥氏体的复相组织，其中有大量的残余奥氏体。
试验三、一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将40SiMnCrNiMoV钢在870℃下保温600s完成奥氏体化处理后，然后在温度为200℃的条件下等温气淬，保温时间为120s，完成第一次热处理；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在温度为350℃的条件下等温气淬，保温时间为600s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
对本试验高强韧化热处理后的40SiMnCrNiMoV钢进行性能检测，检测结果如下：抗拉强度为1690MPa，屈服强度为1490MPa，且塑性达到16.4%，断面收缩率为28.2%，具有良好的强塑性配合。
采用扫描电子显微镜检测本试验高强韧化热处理后的40SiMnCrNiMoV钢，检测结果如图2所示，图2为本试验高强韧化热处理后40SiMnCrNiMoV钢的SEM照片，从图2可以清晰的看到板条马氏体的形貌。
试验四、一种中碳硅锰铬镍系低合金钢高强韧化热处理方法，按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将40SiMnCrNiMoV钢在870℃下保温600s完成奥氏体化处理后，然后在温度为200℃的条件下等温气淬，保温时间为120s，完成第一次热处理；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在温度为370℃的条件下等温气淬，保温时间为600s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
对本试验高强韧化热处理后的40SiMnCrNiMoV钢进行性能检测，检测结果如下：抗拉强度为1730MPa，屈服强度为1450MPa，且塑性达到22.2%，断面收缩率为40.4%，具有良好的强塑性配合。
Claims (4)
1.一种40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法，其特征在于40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法是按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将40SiMnCrNiMoV钢进行奥氏体化处理，然后在180℃进行等温油淬，保温时间为120s，完成第一次热处理；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在350℃进行等温油淬，保温时间为600s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
2.根据权利要求1所述的一种40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法，其特征在于所述的钢的成分如下：C含量为0.25Wt.％-0.5Wt.％、Si含量为1.4Wt.％-1.7Wt.％、Mn含量为0.7Wt.％-1.1Wt.％、Cr含量为0.9wt.％-1.3Wt.％、Ni含量为0.2Wt.％-2.0Wt.％、S含量≤0.02Wt.％且P含量≤0.02Wt.％。
3.一种40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法，其特征在于40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法是按以下步骤进行：
一、第一次热处理：将40SiMnCrNiMoV钢进行奥氏体化处理，然后在200℃进行等温气淬，保温时间为120s，完成第一次热处理。
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在350℃进行等温气淬，保温时间为600s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
4.一种40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法，其特征在于40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理方法是按以下步骤进行：
一、第一次热处理:将40SiMnCrNiMoV钢进行奥氏体化处理，然后在200℃进行等温气淬，保温时间为120s，完成第一次热处理；
二、第二次热处理：将步骤一第一次热处理后的40SiMnCrNiMoV钢在370℃进行等温气淬，保温时间为600s，然后淬火至室温，即完成40SiMnCrNiMoV钢高强韧化热处理。
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