CN1107729C - 耐延迟断裂高强钢的等温淬火制备方法 - Google Patents
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Abstract
耐延迟断裂高强钢的等温淬火制备方法，属于合金钢生产领域，它的主要工艺流程为：正火-贝氏体区等温-马氏体区等温淬火，具体为：在中温盐浴炉中将零件加热到AC3+(50～80℃)，保温、空冷，然后将零件再加热到AC3(30～50℃)保温，当零件均热后迅速取出，置于Ms～Ms+100℃的低温盐浴炉中等温，取出零件再置于Ms-100～Ms-50℃的低温盐浴炉中等温，最后淬油。利用该方法，可以在保证材料的常规力学性能的同时，显著提高其耐延断裂性能。
Description
本发明属于合金钢生产工艺领域，适合于高强度合金结构钢的等温淬火制备方法。
延迟断裂是妨碍淬火回火高强度钢应用的主要障碍之一。多年来，虽然进行了大量的相关研究，但对其机理尚无一致的认识，改进方法也不多见(Hirth J P.Effects of Hydrogen on the Properties of Iron and Steel.Metallurgical Transactions A，1980，11A(6)：861～890)。九十年代以来，日本、中国、韩国等国都致力于1500MPa级的合金结构钢的研究与开发，其中等温淬火贝氏体组织的思路取得了明显的效果。韩国的J K Choi等人对成分为0.45C-3.0Si-0.3Mn-0.5Cr-0.05V的合金钢进行了950℃加热30分钟并在300～550℃等温60分钟淬火，获得了具有良好综合力学性能的上贝氏体组织，并预期该组织有优良的耐延迟断裂性能(Choi H C et al..Effectsof Isothermal Transformation Temperature on the Mechanical Propertiesof High Si-Added Bainitic Steel.CAMP ISIJ，1999，12：479)。日本的并村裕一等人对SCM440钢进行了880℃加热30分钟，然后在300-325℃等温10～30分钟淬火，所获得的贝氏体组织比同强度的马氏体的耐延迟断裂性能好(并村裕一等。Delayed Fracture Characteristics of Steels forHigh-Strength Bolts.CAMP ISIJ，1994，7：1638)。J K Choi等主要依靠大量的铁素体/渗碳体界面作为氢陷阱来提高材料的耐延迟断裂性能，并村裕一等则依靠晶界碳化物的减少来提高材料的耐延迟断裂性能，二者都没有考虑残余奥氏体对材料耐延迟断裂性能的有益作用。
本发明的目的在于通过控制残余奥氏体的含量，提供一种耐延迟断裂高强钢的等温淬火方法。利用该方法，可以在保证材料的常规力学性能的同时，显著提高其耐延迟断裂性能，而且能在一定程度上提高可操作性。
本发明适用的合金结构钢的成分范围如下(重量％)：0.2-0.6％C，0.1-3.0％Si，0.1-1.0％Mn，0.5-1.5％Cr，0.1-0.8％Mo，≤0.035％P，≤0.035％S，其余为Fe。
本发明采用的等温淬火主要工艺流程如下：正火—贝氏体区等温—马氏体区等温淬火。
首先，进行正火，在中温盐浴炉中将零件加热到AC3+(50～80℃)，保温时间依据零件的等效尺寸De(De*2min/mm)而变，一般为10～60分钟，空冷以使组织均匀化，然后，进行贝氏体区等温淬火，在中温盐浴炉中将零件加热到AC3+(30～50℃)，保温时间以保证零件截面内外温度一致为准，一般为10～30分钟，当零件均热后迅速取出，置于Ms～Ms+100℃的低温盐浴炉中等温，等温时间为3～30分钟，所需等温时间的对数应与等温温度的倒数成正比，通过控制等温温度和等温时间来控制贝氏体转变的进行程度使等温组织中保留部分残余奥氏体，残余奥氏体的含量应控制在10～30％，接着进行马氏体区等温，取出零件置于Ms-100℃～Ms-50℃的低温盐浴炉中等温，等温时间10～60分钟，等温完毕，零件淬油。
等温淬火贝氏体是提高高强钢的耐延迟断裂的有效途径，本发明通过控制在贝氏体区和马氏体区两次等温淬火的等温温度和等温时间，在贝氏体中保留适量的稳定残余奥氏体，结果可以使其耐延迟断裂性能进一步提高。
与现有淬火回火和等温淬火技术相比，具有以下优点：
1.耐延迟断裂性能显著提高。
日本人对SCM440钢进行300℃等温30分钟淬火，所得组织为无晶界碳化物的贝氏体组织，其抗拉强度为1390MPa，耐延迟断裂性能明显高于同强度水平的淬火回火组织。但是，并没有考虑到残余奥氏体的作用以及如何获得一定含量的稳定残余奥氏体。而本发明则充分考虑到残余奥氏体对氢的溶解和捕获效果，并通过采用贝氏体区和马氏体区两次等温的方法，使所得组织中保留一定量的稳定残余奥氏体，从而进一步提高材料的耐延迟断裂性能。
2.可操作性提高。
本方法等温温度范围较宽，便于实际操作。特别是对尺寸稍大的零件，由于等温时零件内外表面温差较大，形成的组织也有较大差别，等温温度的要求不宜过于苛刻。通过控制等温时间，可以适当放宽等温温度范围的限制，从而确保等温淬火组织中贝氏体和残余奥氏体的含量。
附图说明。
图1、图2、图3分别为实施例中试件1、2、3的金相组织图。
实施例。
采用本发明工艺方法制作了3批耐延迟断裂试件，并且与同强度级别的淬火回火钢进行了对比。试件的化学成分列于表1，热处理工艺列于表2，残余奥氏体的含量、拉伸强度和耐延迟断裂性能(以缺口拉伸临界应力来表示)列于表3，3批试件的金相组织见附图1、2、3。
表1实施例合金结构钢的化学成分(wt％)和Ms点温度(℃)
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | [O] | [N] | Fe | Ms |
| 0.39 | 0.29 | 0.80 | 0.025 | 0.019 | 1.08 | 0.22 | 0.0042 | 0.0082 | 其余 | 310 |
表2实施例合金结构钢的热处理工艺
表3实施例合金结构钢的强度和耐延迟断裂性能
| 试件 | 残余奥氏体含量％ | 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 屈强比 | 缺口拉伸临界应力/MPa |
| 1 | 10 | 1550 | 1200 | 0.77 | 1075 |
| 2 | 15 | 1540 | 1260 | 0.82 | 1165 |
| 3 | 22 | 1470 | 1180 | 0.80 | 1435 |
| 4 | ＜5 | 1510 | 1360 | 0.90 | 620 |
Claims (1)
1、耐延迟断裂高强钢的等温淬火制备方法，其特征在于：它的主要工艺流程为：正火—贝氏体区等温—马氏体区等温淬火，具体步骤如下：
首先，进行正火，在中温盐浴炉中将零件加热到AC3+(50～80℃)，保温时间依据零件的等效尺寸De而变，一般为10～60分钟，空冷以使组织均匀化，然后，进行贝氏体区等温淬火，在中温盐浴炉中将零件加热到AC3+(30～50℃)，保温时间以保证零件截面内外温度一致为准，一般为10～30分钟，当零件均热后迅速取出，置于Ms～Ms+100℃的低温盐浴炉中等温，等温时间为3～30分钟，所需等温时间的对数应与等温温度的倒数成正比，通过控制等温温度和等温时间来控制贝氏体转变的进行程度使等温组织中保留部分残余奥氏体，残余奥氏体的含量应控制在10～30％，接着进行马氏体区等温，取出零件置于Ms-100℃～Ms-50℃的低温盐浴炉中等温，等温时间10-60分钟，等温完毕，零件淬油。
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