CN108384928A - 一种加速纳米贝氏体相变的方法 - Google Patents

一种加速纳米贝氏体相变的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108384928A
CN108384928A CN201810218061.3A CN201810218061A CN108384928A CN 108384928 A CN108384928 A CN 108384928A CN 201810218061 A CN201810218061 A CN 201810218061A CN 108384928 A CN108384928 A CN 108384928A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
nanometer
transformation
steel material
target steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810218061.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108384928B (zh
Inventor
杨志南
张福成
楚春贺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN201810218061.3A priority Critical patent/CN108384928B/zh
Publication of CN108384928A publication Critical patent/CN108384928A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108384928B publication Critical patent/CN108384928B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite

Abstract

本发明公开一种加速纳米贝氏体相变的方法，其主要先对目标钢材料进行奥氏体化，再通过控制第一阶段等温相变过程关键节点和第二阶段关键等温相变温度来实现。第一阶段时间节点为贝氏体相变瞬时最大速率时间节点或在平均最大速率时间节点；第二阶段相变温度为在此温度下尚未转变的过冷奥氏体强度值等于初始过冷奥氏体的强度。本发明工艺简单、可以大幅度缩短纳米贝氏体的相变时间，同时保证所获得组织为纳米贝氏体。

Description

一种加速纳米贝氏体相变的方法
技术领域 本发明属于材料科学与工程技术领域，特别涉及一种纳米贝氏体相变的方法。
背景技术 纳米贝氏体钢为近年来新发展的高性能钢种，具有高的强韧性结合，以及优异的疲劳性能和耐磨损性能，因此受到了广泛的关注。然而，要获得纳米贝氏体组织，钢中需要有较高的含碳量，并且在较低温度下进行等温转变才能够获得。而较低的等温转变温度使得原子扩散速度非常慢。同时钢中要有高的Si含量(>1.5wt.％)来有效地抑制过冷奥氏体相变转变为纳米贝氏体过程中碳化物的析出。因此，使得完成纳米贝氏体相变时间大幅度延长至几十个小时甚至数天，这极大的限制了纳米贝氏体钢的推广应用。
发明内容 本发明的目的在于提供一种工艺简单、可以显著加速变相的加速纳米贝氏体相变的方法。
本发明包括一下步骤：
(1)对目标钢材料进行奥氏体化；
(2)在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行等温转变；所述第一温度为Ms+5℃～Ms+100℃，其中，Ms为所述目标钢材料的马氏体转变温度；
(3)升温至第二温度，在第二温度下完成转变；所述第二温度为完成纳米贝氏体相变前的目标钢材料的剩余未转变过冷奥氏体的强度值与第一温度下等温转变前的目标钢材料的过冷奥氏体的强度值之差的绝对值小于或等于第一预设值。
优选的，所述等温转变过程至所述目标钢材料的贝氏体瞬时生成速率达到最大值。
优选的，所述等温转变过程至所述目标钢材料的贝氏体平均生成速率达到最大值。
优选的，所述第一预设值为0MPa。
优选的，所述第二温度下的纳米贝氏体相变时长小于1h。
优选的，将所述目标钢材料加热奥氏体化温度后保温0.5h，
优选的，在第一温度为Ms+10℃-Ms+30℃下对奥氏体化后的目标钢材料进行等温转变，在盐浴炉中进行；
优选的，所述目标钢高碳钢的碳含量的质量分数为0.8-1.0％；
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)加速相变；
(2)工艺简单，无需增加额外的热加工和外场，；
(3)保证最终获得的组织为完全纳米贝氏体组织。
附图说明
图1是本发明实施例1中钢在200℃等温的相变动力学曲线图；
图2是本发明实施例1中钢在200℃等温的贝氏体生成速率随时间变化的曲线图；
图3是本发明实施例1中钢采用等过冷奥氏体强度工艺的相变动力学曲线图；
图4是本发明实施例1中钢采用等过冷奥氏体强度工艺获得的纳米贝氏体组织电镜图。
具体实施方式
现在很多研究人员致力于加速贝氏体相变的研究，从合金成分设计角度，添加Co和Al元素，增大自由能差，从而获得更大的相变驱动力，加速相变。从工艺角度，有施加应力、引入磁场，或采取预变形方法加速相变。也有采用先在马氏体转变温度Ms以下温度短时等温引入少量马氏体，随后升温至马氏体转变温度Ms以上继续等温，缩短孕育期，加速贝氏体相变，这种工艺获得的组织为马氏体+贝氏体混合组织。
在贝氏体相变发生之前，过冷奥氏体的强度是影响随后生成贝氏体尺寸的关键性因素。过冷奥氏体的强度主要受温度和合金元素的影响，其中温度的影响最为明显，温度越低强度越高，在合金元素中C和N元素的影响系数最大。因此，现在要获得纳米贝氏体组织，往往通过提高钢中C含量，一方面在通过合金元素含量的增加来提高奥氏体的强度，另一方面同时显著降低Ms温度，通过降低钢的等温温度来提高奥氏体的强度。因此纳米贝氏体钢往往是高碳钢。
常规的获得纳米贝氏体组织的方法是在略高于Ms温度以上直接进行长时间的等温处理，获得贝氏体板条厚度小于100nm的纳米尺度组织结构。而发明人经过研究后发现，通过对相变动力学进行分析，发现在经过相变孕育期之后，贝氏体的生成速率首先是逐渐增加的，经过一个最大值后逐渐降低。这里存在两个最大值，一个是瞬时生成速率的最大值，另外一个是平均生成速率的最大值。而在最大速率之后所需的相变时间在总相变时间里占据很大的比例。
如前所述，过冷奥氏体的强度是影响贝氏体尺寸的关键性因素。随着贝氏体的生成，未转变为贝氏体的剩余过冷奥氏体中的碳含量持续增加，不断的提高过冷奥氏体的强度，也使得过冷奥氏体的稳定性提高，从而使得后期的转变速率逐渐降低。那么，我们提出，通过调控C和等温温度的方法，来控制过冷奥氏体的强度，达到加速纳米贝氏体相变的新方法。这种方法无需添加Co等昂贵合金元素，也无需外加应力、应变场、磁场等，同时能够有效保证获得贝氏体为纳米尺寸贝氏体组织。
基于此，本发明提出一种纳米贝氏体相变的方法，包括：目标钢材料在等温转变过程中，控制第一温度在Ms+5-Ms+100℃，保证初始阶段获得组织为纳米贝氏体，当转变速率达到最大值时，升高温度至第二温度，在第二温度下完成转变，保证在第二温度下相变之前未转变的过冷奥氏体强度与第一温度下相变发生前的目标钢材料的过冷奥氏体的强度值之差的绝对值小于或等于第一预设值，保证第一温度等温转变生成的纳米贝氏体不发生粗化，且第二温度下继续生成的贝氏体同样为纳米尺寸，短时保温，即可完成相变。
其中，需要说明的是，针对不同的目标钢材料，对应的奥氏体化温度和马氏体转变温度Ms不同。在本发明的一个实施例中，所述目标钢材料为高碳钢，所述高碳钢的碳质量分数大于0.7％。在其它实施例中，所述目标钢材料还可以为其它种类钢材料，本发明在此不做限定。
其中，本发明中，首先需要对目标钢材料进行奥氏体化，具体的，将所述目标钢材料加热至奥氏体化温度后保温0.5-1h，其中，保温时长根据材料的不同进行不同的设置。
在本发明的第一温度的确定过程中，所述第一温度可以为Ms+5℃-Ms+100℃中的任一温度，第一温度距离马氏温度较近时，得到的效果较好，较优的，所述第一温度可以为Ms+15℃，Ms+25℃，Ms+35℃，Ms+50℃。在其他情况下，所述第一温度也可以为Ms+70℃，Ms+85℃等。
并且，所述在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行等温转变过程，可以在盐浴炉中进行。而该等温转变过程直至所述目标钢材料的贝氏体瞬时生成速率达到最大值时，即可进行后续的升温至第二温度步骤，或者，所述等温转变过程至所述目标钢材料的贝氏体平均生成速率达到最大值时，进行后续的升温至第二温度步骤。本领域可以根据不同的情况进行不同的控制。
在本发明技术方案中，第二温度的确定需要通过计算得出。具体的，所述第二温度下由第一温度等温转变后的目标钢材料的剩余未转变过冷奥氏体的强度值，与第一温度下等温转变前的目标钢材料的过冷奥氏体的强度值之差的绝对值小于或等于第一预设值，所述第一预设值应当尽量的小，可以为，50MPa，或者20MPa等，其中，以第一预设值为0MPa为最优。并且，所述第二温度下的纳米贝氏体相变时长小于3h。
实施例1
一种纳米贝氏体轴承钢，其化学成分为：Fe-0.82C-1.556Cr-1.48Si-0.6Mn-0.3Ni-0.2Mo，wt.％。在870℃奥氏体化保温0.5h后，其马氏体转变温度Ms为175℃，其在200℃盐浴中直接等温30h后相变基本停止，如图1所示，可以获得纳米贝氏体组织。通过对图1进行分析，发现在200℃等温4h后，贝氏体瞬时生成速率达到最大值，如图2所示。同时，在200℃下相变之前材料的过冷奥氏体强度值为236MPa。通过测得200℃等温4h后未转变过冷奥氏体中的C含量，得出在290℃时剩余未转变过冷奥氏体的强度值为241MPa，与第一温度下过冷奥氏体的强度差5MPa，因此设定第二温度为290℃。因此，对轴承钢870℃奥氏体化保温0.5h，在200℃等温4h后升温至290℃进行进一步等温处理，直至相变完成；第二温度下完成相变所需时间为1.4h，具体测得相变动力学曲线如图3所示，累计转变时间为5.4h。通过透射电镜观察，发现获得的纳米贝氏体平均厚度为73nm，如图4所示。
实施例2
一种纳米贝氏体钢，其化学化学成分为：Fe-0.72C-1.56Si-0.45Mn-1.22Cr-0.51Ni-0.23Mo，wt.％。在900℃奥氏体化保温1h后，其马氏体转变温度Ms为183℃，其在205℃盐浴中直接等温52h完成相转变，获得纳米贝氏体组织。通过对相变动力学曲线进行分析，发现在205℃等温6.7h后，贝氏体瞬时生成速率达到最大值。同时，在200℃下相变之前材料的过冷奥氏体强度值为242MPa。通过测得205℃等温6.7h后未转变过冷奥氏体中的C含量，得出在345℃时剩余未转变过冷奥氏体的强度值为242MPa，与第一温度下过冷奥氏体的强度相等，因此设定第二温度为345℃。因此，对纳米贝氏体钢900℃奥氏体化保温1h，在205℃等温6.7h后升温至315℃进行进一步等温处理，直至相变完成；第二温度下完成相变所需时间为0.5h，累计转变时间为7.2h。同时，微观组织观察发现获得的纳米贝氏体平均厚度为85nm。

Claims (10)

1.一种纳米贝氏体相变的方法，其特征在于：
对目标钢材料进行奥氏体化；
在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行等温转变，使所述目标钢材料的奥氏体转变为纳米贝氏体；所述第一温度为Ms+5℃～Ms+100℃，其中，Ms为所述目标钢材料的马氏体转变温度；
升温至第二温度，在第二温度下完成纳米贝氏体相变；其中，所述第二温度下所述完成纳米贝氏体相变前的目标钢材料的剩余未转变过冷奥氏体的强度值，与第一温度下所述等温转变前的目标钢材料的过冷奥氏体的强度值之差的绝对值小于或等于第一预设值。
2.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于：所述等温转变过程至所述目标钢材料的贝氏体瞬时生成速率达到最大值。
3.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于:所述等温转变过程至所述目标钢材料的贝氏体平均生成速率达到最大值。
4.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于:所述第一预设值小于50MPa。
5.根据权利要求4所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于:所述第一预设值为0MPa。
6.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于:所述第二温度下的纳米贝氏体相变时长小于3h。
7.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于:所述对目标钢材料进行奥氏体化，是将所述目标钢材料加热至奥氏体化温度后保温0.5-1h。
8.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于：所述在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行等温转变，在盐浴炉中进行。
9.根据权利要求1所述的纳米贝氏体相变的方法，其特征在于：所述目标钢材料为高碳钢，所述高碳钢的碳元素质量分数大于0.7％。
10.一种纳米贝氏体材料，其特征在于：采用权利要求1-9所述的方法得到的材料。
CN201810218061.3A 2018-03-16 2018-03-16 一种加速纳米贝氏体相变的方法 Active CN108384928B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810218061.3A CN108384928B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 一种加速纳米贝氏体相变的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810218061.3A CN108384928B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 一种加速纳米贝氏体相变的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108384928A true CN108384928A (zh) 2018-08-10
CN108384928B CN108384928B (zh) 2019-06-25

Family

ID=63067932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810218061.3A Active CN108384928B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 一种加速纳米贝氏体相变的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108384928B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109295389A (zh) * 2018-11-13 2019-02-01 江西理工大学 一种快速相变的纳米贝氏体钢及其制备方法
CN109897943A (zh) * 2019-04-17 2019-06-18 燕山大学 纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢
CN111961811A (zh) * 2020-09-04 2020-11-20 燕山大学 一种利用相变速度差制备耐冲击钢制零件的方法
US11708624B2 (en) 2018-09-14 2023-07-25 Ausferritic Ab Method for producing an ausferritic steel, austempered during continuous cooling followed by annealing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102953006A (zh) * 2012-10-19 2013-03-06 燕山大学 整体硬贝氏体轴承钢及其制造方法
CN104294014A (zh) * 2013-07-18 2015-01-21 首都航天机械公司 中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法
CN104962806A (zh) * 2015-06-24 2015-10-07 中北大学 一种低碳纳米贝氏体钢及其制备方法
US10156005B2 (en) * 2013-08-09 2018-12-18 Jfe Steel Corporation High-yield-ratio, high-strength cold rolled steel sheet and production method therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102953006A (zh) * 2012-10-19 2013-03-06 燕山大学 整体硬贝氏体轴承钢及其制造方法
CN104294014A (zh) * 2013-07-18 2015-01-21 首都航天机械公司 中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法
US10156005B2 (en) * 2013-08-09 2018-12-18 Jfe Steel Corporation High-yield-ratio, high-strength cold rolled steel sheet and production method therefor
CN104962806A (zh) * 2015-06-24 2015-10-07 中北大学 一种低碳纳米贝氏体钢及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11708624B2 (en) 2018-09-14 2023-07-25 Ausferritic Ab Method for producing an ausferritic steel, austempered during continuous cooling followed by annealing
CN109295389A (zh) * 2018-11-13 2019-02-01 江西理工大学 一种快速相变的纳米贝氏体钢及其制备方法
CN109295389B (zh) * 2018-11-13 2020-09-01 江西理工大学 一种快速相变的纳米贝氏体钢及其制备方法
CN109897943A (zh) * 2019-04-17 2019-06-18 燕山大学 纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢
CN109897943B (zh) * 2019-04-17 2020-01-21 燕山大学 纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢
CN111961811A (zh) * 2020-09-04 2020-11-20 燕山大学 一种利用相变速度差制备耐冲击钢制零件的方法
CN111961811B (zh) * 2020-09-04 2022-05-24 燕山大学 一种利用相变速度差制备耐冲击钢制零件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108384928B (zh) 2019-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108384928B (zh) 一种加速纳米贝氏体相变的方法
CN108118260A (zh) 一种超强超硬高温不锈轴承齿轮钢及制备方法
CN106893832B (zh) 一种无碳化物贝/马复相钢的bq＆p热处理工艺
CN104046915A (zh) 大截面压铸用高性能热作模具钢及其制备工艺
CN110423955A (zh) 表层超硬化型超高强度耐热齿轮轴承钢及制备方法
CN102212756A (zh) 铬钼钒系热作工模具钢及其热处理工艺
CN102965568B (zh) 相变韧化低合金钢板及其制备方法
CN103243275A (zh) 一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法
CN103451549A (zh) 一种2100MPa纳米贝氏体钢及其制备方法
CN105274437A (zh) 一种抗热疲劳高性能热作模具钢及其制造工艺
CN107254635B (zh) 一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材及其生产方法
Shi et al. Precipitation kinetics of Cr2N in high nitrogen austenitic stainless steel
CN104805258A (zh) 一种42CrMo钢快速球化退火的方法
CN112280941B (zh) 一种基于层错能调控的超高强塑韧性贝氏体钢制备方法
Zhang et al. Microstructure manipulation mechanism and mechanical properties improvement of H13 steel via trace nano-(TiC+ TiB2) particles
CN106048448A (zh) 一种含Al高模量低温回火合金钢及制备方法
CN104178771A (zh) 热冲压用模具钢sdcm1热处理及表面处理方法
JP2021143421A (ja) 析出強化された浸炭可能及び窒化可能な合金鋼
CN106929785A (zh) 一种两相钛合金显微组织细化方法
CN109487061A (zh) 马氏体沉淀硬化不锈钢06Cr15Ni5Cu2Ti的热处理方法
CN102560022A (zh) 一种控制超级马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法
Liu et al. Microstructure and mechanical properties of nanobainitic steel subjected to multiple isothermal heat treatments
CN108866443B (zh) 正火型低屈强比高强度钢板及制备方法
CN114959508B (zh) 一种不锈钢及其制备方法
CN103276301B (zh) 一种屈服强度≥550MPa的低温工程用钢及其生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant