CN103773927A

CN103773927A - 一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺

Info

Publication number: CN103773927A
Application number: CN201410036406.5A
Authority: CN
Inventors: 刘雅政; 张朝磊; 周乐育; 蒋波; 文成
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-26
Also published as: CN103773927B

Abstract

本发明涉及一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺。充分加热奥氏体化后，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火。采用该工艺方法处理后，27SiMn钢组织为贝氏体，具有很好的强度、塑性和韧性匹配，从而能够满足工程机械制造对其越来越高的性能要求。

Description

一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺

技术领域

本发明属于金属材料领域，是一种具有高强韧性的27SiMn钢，具体涉及一种高强韧性27SiMn钢的热处理工艺。

背景技术

随着世界各国工业的发展和科技的进步，工程机械的设计日益向着轻量化、大型化、高参数的方向发展，这就对工程机械制造用钢的品种、规格、性能均提出了越来越高的要求。作为采矿支护设备用钢，27SiMn主要用来制造煤矿开采过程中支撑煤层的单体液压缸的支柱。该钢主要在调质状态下使用，而对于贝氏体组织状态下的使用，未见报道。

目前采煤坑道高度不断在增加，对于支撑煤层的单体液压缸的支柱材料的强韧性提出更高要求。27SiMn调质处理后的抗拉强度≥980MPa、屈服强度≥835MPa、伸长率≥12.0％、断面收缩率≥40％、冲击功≥39J，强度足够，但是塑性和韧性不足。因此，改变材料组织结构，使27SiMn得到以贝氏体为主的组织构成，来达到提高钢材自身的强韧性能，从而满足煤矿设备安全生产需要。相对于一味的增加支柱直径来满足对其支撑能力要求，能够节约材料资源，避免占用大量的工作空间、影响作业效率，延长设备使用寿命，挖掘材料潜能，最终促进工程机械行业的发展具有重要意义。

本发明就是一种高强韧性27SiMn钢贝氏体分段淬火热处理工艺。采用该工艺方法处理后，具有良好的强度、塑性和韧性匹配，可节约钢材用量，降低生产成本，从而能够满足工程机械制造对其越来越高的性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种27SiMn钢分段淬火热处理工艺，使其热处理后得到贝氏体组织，并具有良好的强度、塑性和韧性匹配。

本发明所述的27SiMn钢，依据GB/T3077-1999，其化学成分质量百分比为：0.24％～0.32％C、1.10％～1.40％Si、1.10％～1.40％Mn、P≤0.035％、S≤0.035％、Cu≤0.30％，Cr≤0.30％、Ni≤0.30％、Mo≤0.15％，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明涉及一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺包括：将原料27SiMn钢充分加热奥氏体化后，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火得到贝氏体组织；其主要工艺流程为：原料→加热→油淬→空冷→回火→空冷。

所述的27SiMn钢热处理工艺(图1)包括步骤：

(1)将原料27SiMn钢加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为890℃～930℃，保温时间为2.0min/mm～5.0min/mm；

(2)分段淬火工艺：将充分奥氏体化后的27SiMn钢先进行油淬，油淬终点温度为430℃～470℃，再取出空冷至室温；

(3)回火工艺：步骤(2)处理后再进行低温回火处理，加热温度为200℃～300℃；保温时间为40min～80min，得到贝氏体组织。

所述步骤(1)中奥氏体化加热温度890℃～930℃，奥氏体化加热温度主要根据钢的相变临界点确定，亚共析钢通常加热到Ac₃以上30℃～50℃。加热温度过低，奥氏体化不充分，而过高导致奥氏体晶粒粗化，均不利于获得目标组织和性能。所述的保温时间为2.0min/mm～5.0min/mm。保温时间过短，奥氏体化不充分，过长则导致奥氏体晶粒粗化，同样均不利于获得目标组织和性能。

所述步骤(2)的油淬终点温度为430℃～470℃。该温度是控制关键，过高满足了中温珠光体转变的条件，过低则可能错过贝氏体转变温度区间，发生部分马氏体转变，两者均导致不能获得目标组织。

采用上述热处理工艺的理由如下：由于空冷和风冷时只能得到铁素体+珠光体组织，水冷时得到马氏体组织，油冷时也只能获得少量贝氏体组织。因此，考虑到贝氏体组织转变的温度条件和冷速条件，淬火工艺采用先油冷后空冷的分段淬火方式。

附图说明

图1是分段淬火热处理工艺示意图；

图2是热轧材金相组织光学显微镜示意图；

图3是实施例1热处理后典型的金相组织扫面电子显微镜示意图。

具体实施方式

一种27SiMn钢，具有如下的质量百分比化学成分：0.26％C、1.20％Si、1.26％Mn、0.11％Cr、0.06％Ni、0.06％Cu、0.01％Mo、0.03％Ti、0.014％P、0.016％S，余量为Fe。

实施例采用的分段淬火热处理工艺参数如表1所示。热轧材金相组织光学显微镜微观示意图与实施例1热处理后的金相组织扫面电子显微镜示意图分别如图2和图3a和图3b所示。可以看出，热轧材组织为珠光体+铁素体，经过分段淬火热处理后，组织为贝氏体。

热轧材与常规调质热处理后的力学性能如表2所示，热轧材的抗拉强度为689MPa、屈服强度为423MPa、伸长率为27.4％、断面收缩率为60％、冲击功为13J；调质处理后抗拉强度≥980MPa、屈服强度≥835MPa、伸长率≥12.0％、断面收缩率≥40％、冲击功≥39J。本发明分段淬火热处理后的力学性能如表3所示。可以看出，力学性能平均达到抗拉强度为861MPa、屈服强度为679MPa、伸长率为27.2％、断面收缩率为65％、冲击功为68J。可见，与常规调质处理比较，经过分段淬火热处理的强度略低，而塑性和韧性显著提高，具有良好的强度、塑性和韧性匹配。

表1实施例采用的分段淬火热处理工艺参数

编号	奥氏体化加热温度，℃	加热时间，min/mm	油淬终点温度，℃	回火加热温度，℃	回火时间，min
						1	890	2.5	430～470	200	40
2	890	5.0	430～470	300	80
						3	910	2.5	430～470	250	80
4	910	3.8	430～470	300	40
						5	930	2.5	430～470	300	60
6	930	5.0	430～470	250	40

表2热轧材与热处理后的力学性能

	R_m，MPa	R_eL，MPa	A，％	Z，％	Ak_v，J
						热轧材力学性能	689	423	27.4	60	13
调制热处理后力学性能	≥980	≥835	≥12.0	≥40	≥39

表3实施例分段淬火热处理后的力学性能

编号	R_m，MPa	R_eL，MPa	A，％	Z，％	Ak_v，J
						1	901	707	26.6	68	70
2	833	657	27.4	67	74
						3	873	705	26.6	66	60
4	887	685	29.8	60	70
						5	830	663	24.5	67	78
6	842	654	28.1	64	56
						均值	861	679	27.2	65	68

Claims

1.一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其特征在于所述热处理工艺包括：将原料27SiMn钢充分加热奥氏体化后，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火得到贝氏体组织。

2.根据权利要求1所述的高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其特征在于所述的27SiMn钢热处理工艺包括步骤：

（1）将原料27SiMn钢加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为890℃~930℃，保温时间为2.0min/mm~5.0min/mm；

（2）分段淬火工艺：将充分奥氏体化后的27SiMn钢先进行油淬，油淬终点温度为430℃~470℃，再取出空冷至室温；

（3）回火工艺：步骤（2）处理后再进行低温回火处理，加热温度为200℃~300℃；保温时间为40min~80min得到贝氏体组织。

3.根据权利要求1所述的高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其特征在于：采用该工艺方法处理后，组织为贝氏体，具有高的强度、塑性和韧性匹配。