CN114686661A - 一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件 - Google Patents

一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件，所述方法包括：获取待处理钢材料，其中，所述待处理钢材料包含基体和偏析部，所述偏析部为所述待处理钢材料出现偏析的部分；对所述待处理钢材料进行第一热处理，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；对所述待处理钢材料进行第二热处理，直至所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变，所述方法提升了钢材料性能的均匀度。

Description

一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件
技术领域
本发明涉及钢工件制备技术领域，尤其涉及一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件。
背景技术
偏析是一种在钢铁凝固过程中，由于溶质元素再分配和扩散不充分引起化学成分不均匀的现象。一般来说，用于形成钢工件的钢材料尺寸越大、合金元素含量越高，偏析越严重。偏析通常为条带状，在钢材料出现的条带状的偏析通常称为偏析条带。在贝氏体钢中，由于偏析条带处的合金元素含量显著高于基体区域，导致钢材料的偏析条带处的强度高于基体的强度，且脆性大于基体的脆性，从而表现为钢材料性能的不均匀。这种性能不均匀，对后续制成的钢工件的性能也会产生不良影响。
因此，如何提升钢材料性能的均匀度，成为本领域技术人员亟待解决的一个问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件，提升了钢材料性能的均匀度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，包括：
获取待处理钢材料，其中，所述待处理钢材料包含基体和偏析部，所述偏析部为所述待处理钢材料出现偏析的部分；
对所述待处理钢材料进行第一热处理，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；
对所述待处理钢材料进行第二热处理，直至所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变。
优选的，所述对所述待处理钢材料进行第一热处理，包括：
将所述待处理钢材料加热至奥氏体转变温度；
冷却所述待处理钢材料至第一温度，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；其中，所述第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，且，大于第二马氏体转变温度；所述第一马氏体转变温度为所述基体对应的马氏体转变温度，所述第二马氏体转变温度为所述偏析部对应的马氏体转变温度。
优选的，所述冷却所述待处理钢材料至第一温度，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量的步骤中，所述待处理钢材料的基体产生的马氏体的含量小于或等于30％。
优选的，所述对所述待处理钢材料进行第二热处理，包括：
加热所述待处理钢材料至第二温度，以使所述待处理钢材料的基体进行贝氏体转变；
其中，所述第二温度大于所述第一马氏体转变温度。
优选的，所述加热所述待处理钢材料至第二温度之后，还包括：
对所述待处理钢材料进行保温，保温时长大于或等于所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变的时长，小于或等于所述待处理钢材料的偏析部完成贝氏体转变的时长。
优选的，所述保温时长为所述待处理钢材料的偏析部完成预设比例的贝氏体转变的时长，其中，所述预设比例为30％～70％，包括端点值。
优选的，所述获取待处理钢材料之后，所述对所述待处理钢材料进行第一热处理之前，还包括：
确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度。
优选的，所述确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度，包括：
确定所述待处理钢材料中，所述基体和所述偏析部的化学成分；
基于所述基体和所述偏析部的化学成分，确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度。
优选的，所述第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，且，大于第一马氏体转变温度与20℃的差。
一种钢工件，所述钢工件采用上述调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法制备的钢材料形成。
本发明实提供了一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件，所述方法包括：获取待处理钢材料，其中，所述待处理钢材料包含基体和偏析部，所述偏析部为所述待处理钢材料出现偏析的部分；对所述待处理钢材料进行第一热处理，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部产生的马氏体含量；对所述待处理钢材料进行第二热处理，直至所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变。
可以看出，通过在基体位置引入马氏体，加速基体位置贝氏体转变，可以增大基体位置与偏析部位置的相变速度差异，使得基体位置可以较快的完成贝氏体转变，而偏析部则由于马氏体含量较少或者未产生马氏体，仅能完成部分转变，从而保留有高含量的残余奥氏体，使得偏析部的韧性提升的同时，硬度也得到了降低，从而缩短了基体与偏析部的性能差，进而基体与偏析部的性能相对均匀，提升了钢材料性能的均匀度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法的可选流程图；
图2为本发明实施例提供的步骤S11的可选流程图；
图3为本发明实施例提供的步骤S12的可选流程图；
图4为本发明实施例提供的确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度的可选流程图。
具体实施方式
根据背景技术所述，现有的贝氏体钢中，由于偏析条带处的合金元素含量显著高于基体区域，导致钢材料的偏析条带处的强度高于基体的强度，且脆性大于基体的脆性，从而表现为钢材料性能的不均匀。这种性能不均匀，对后续制成的钢工件的性能也会产生不良影响。
发明人认为，现有的贝氏体钢性能不均匀，容易在偏析条带和基体界面位置生成疲劳裂纹，这种疲劳裂纹会逐渐沿界面扩展，从而会产生钢工件的失效。特别是，贝氏体组织为中温转变组织，其相变动力学受合金元素含量的影响显著，从而导致贝氏体钢中偏析条带与基体区域的组织和性能差异较大，对偏析条带也更为敏感。因此，如何提升钢材料性能的均匀度，避免上述不良影响，是本领域亟待解决的一个问题。
有鉴于此，本发明实施例中提供了一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法及钢工件，所述方法包括：获取待处理钢材料，其中，所述待处理钢材料包含基体和偏析部，所述偏析部为所述待处理钢材料出现偏析的部分；对所述待处理钢材料进行第一热处理，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部产生的马氏体含量；对所述待处理钢材料进行第二热处理，直至所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变。
可以看出，通过在基体位置引入马氏体，加速基体位置贝氏体转变，可以增大基体位置与偏析部位置的相变速度差异，使得基体位置可以较快的完成贝氏体转变，而偏析部则由于马氏体含量较少或者未产生马氏体，仅能完成部分转变，从而保留有高含量的残余奥氏体，使得偏析部的韧性提升的同时，硬度也得到了降低，从而缩短了基体与偏析部的性能差，进而基体与偏析部的性能相对均匀，提升了钢材料性能的均匀度。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，参考图1所示的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法的可选流程图，所述方法包括：
步骤S10：获取待处理钢材料；
所述待处理钢材料可以为铸件、锻件等需要进行贝氏体转变的钢材料。其中，所述待处理钢材料中，包含有基体和偏析部，所述偏析部为所述待处理钢材料出现偏析的部分。
可以理解的是，出现偏析的钢材料，实质上是具有一定缺陷的，本发明实施例针对带有缺陷的钢材料，通过一系列的热处理，可以将这些缺陷所产生的负面影响降低甚至消除，从而提升了钢材料的性能。
步骤S11：对所述待处理钢材料进行第一热处理，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；
通过在待处理钢材料基体位置引入马氏体，可以加速基体位置贝氏体转变，增大基体位置与偏析条带位置的相变速度差异，使得基体位置可以较快的完成贝氏体转变。
同时，在本步骤，待处理钢材料的偏析部的马氏体含量少于基体，也就是说，偏析部的马氏体含量可以为少量，也可以为0，即，未产生马氏体。相应的，偏析部由于马氏体含量较少或者未产生马氏体，仅能完成部分转变，从而保留有高含量的残余奥氏体，使得偏析部能够在韧性提升的同时，硬度也得到了降低，从而缩短了基体与偏析部的性能差，基体与偏析部的性能相对均匀，提升了钢材料性能的均匀度。
步骤S12：对所述待处理钢材料进行第二热处理，直至所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变；
可以理解的是，基于前述步骤产生的马氏体，可以加速基体位置贝氏体转变，使得基体完成马氏体转变时，偏析部仅能完成部分转变，从而基于该相变速度差异，使得偏析部能够在韧性提升的同时，硬度也得到了降低，从而抵消了其高合金元素含量导致的强度高和脆性大的特点，缩短了基体与偏析部的性能差，使得基体与偏析部的性能相对均匀，提升了钢材料性能的均匀度。
在本发明的一个可选实现中，参考图2所示的步骤S11的可选流程图，步骤S11可以包括：
步骤S110：将所述待处理钢材料加热至奥氏体转变温度；
通过加热所述待处理钢材料至奥氏体转变温度，以使所述待处理钢材料进行奥氏体化处理。
具体的，所述奥氏体转变温度可以为800℃-1050℃。
其中，可以在加热所述待处理钢材料至奥氏体转变温度后，还可以保温0.3h～2h，使待处理钢材料整体均能达到奥氏体转变温度。
步骤S111：冷却所述待处理钢材料至第一温度，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；
其中，所述第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，且，大于第二马氏体转变温度；所述第一马氏体转变温度为所述基体对应的马氏体转变温度，所述第二马氏体转变温度为所述偏析部对应的马氏体转变温度。
可以理解的是，基于第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，使得待处理钢材料的基体开始产生马氏体转变，而第一温度同时大于第二马氏体转变温度，使得待处理钢材料的偏析部并不产生马氏体转变，从而可以实现待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量。
在一个可选的示例中，本步骤中，待处理钢材料的基体产生的马氏体的含量小于或等于30％，从而控制基体的马氏体含量，避免过多的马氏体产生不良影响。
在另一个可选的示例中，考虑对基体马氏体含量的控制，所述第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，且，大于第一马氏体转变温度与20℃的差。
可以理解的是，通常产生偏析现象时，偏析部的合金元素含量远超基体的合金元素含量，其对应的第二马氏体转变温度也远低于第一马氏体转变温度，从而，第一马氏体转变温度与20℃的差必然也是在高于第二马氏体转变温度的范围内的。
具体的，在本步骤中，可以通过对所述待处理钢材料进行淬火处理，从而使得待处理钢材料冷却至第一温度。
在可选的示例中，待处理钢材料冷却至第一温度后，对所述待处理钢材料进行保温，保温时长以待处理钢材料整体均温即可，在一些可选的例子中，该保温时长可以为3min～10min。
在本发明的一个可选实现中，参考图3所示的步骤S12的可选流程图，步骤S12可以包括：
步骤S120：加热所述待处理钢材料至第二温度，以使所述待处理钢材料的基体进行贝氏体转变；
其中，所述第二温度高于所述第一马氏体转变温度。
可以理解的是，在第二温度大于所述第一马氏体转变温度时，待处理钢材料进行贝氏体转变。
具体的，所述第二温度可以大于所述第一马氏体转变温度，同时，还可以进一步小于或等于所述第一马氏体转变温度与30℃的和。
在一个可选的示例中，步骤S120后，还可以进一步包括：
步骤S121：对所述待处理钢材料进行保温；
其中，本步骤中的保温时长大于或等于所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变的时长，小于或等于所述待处理钢材料的偏析部完成贝氏体转变的时长。
可以理解的是，基于基体中包含有较多的马氏体，从而可以加速完成贝氏体转变，而偏析部的贝氏体转变则相对较慢，进而，在基体完成贝氏体转变后，偏析部中仍然会保留一部分奥氏体，从而可以抵消偏析部中高合金元素含量导致的强度高和脆性大的特点。
在另一个可选示例中，还可以通过保温时长对偏析部中的组织进行控制，具体的，所述保温时长可以为所述待处理钢材料的偏析部完成预设比例的贝氏体转变的时长，其中，所述预设比例为30％～70％，包括端点值，从而可以最大程度的提高残余奥氏体的含量。
其中，可以理解的是，所述预设比例的控制，必然是在基体的贝氏体转变已经完成的前提下，通过进一步延长保温时长，控制偏析部中的贝氏体转换的比例。在进一步的示例中，所述预设比例还可以为50％、60％等，本发明在此不做赘述。
需要说明的是，在步骤S10之后，步骤S11之前，还可以进一步包括对待处理钢材料中各部分马氏体转变温度的确定，即确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度，在一个可选的示例中，参考图4所示的确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度的可选流程图，该过程具体如下：
步骤S20：确定所述待处理钢材料中，所述基体和所述偏析部的化学成分；
其中，可以采用荧光法或电子探针法确定基体和偏析部的化学成分。通过确定基体和所述偏析部的化学成分，可以进一步确定各部分的马氏体转变温度。
步骤S21：基于所述基体和所述偏析部的化学成分，确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度；
其中，基于相应的化学成分，可以利用公式计算第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度。
需要说明的是，本发明的其他示例中，还可以采用膨胀仪进行马氏体转变温度的确定，或者，直接基于公式进行马氏体转变温度的确定，本发明在此不做赘述。
需要说明的是，在本发明的一个可选示例中，步骤S12之后还可以进一步包括步骤S13：对所述待处理钢材料进行回火处理。通过回火处理，以减小待处理钢材料的应力。
在本发明实施例中，进一步给出了2个具体的示例：
实施例1
一种钢板，基体主要化学成分质量百分数为，C：0.30、Si：1.40、Mn：1.58、Cr：1.13、Ni：0.45，Mo：0.40，其余为Fe和杂质；偏析部的成分为C：0.33、Si：1.68、Mn：3.12、Cr：1.66、Ni：0.70，Mo：0.65，其余为Fe和杂质。基体位置的Ms温度为320℃，偏析部的Ms温度为225℃。将钢板加热至930℃保温1h，快速冷却至310℃，保温5min均温处理后，升温至340℃，保温60min，此时基体组织已完成贝氏体转变，偏析部贝氏体转变程度为40％，随后冷却至室温，最后在320℃进行回火处理。经测试，基体的硬度为460HV，偏析部硬度为470HV，偏析部的残余奥氏体含量为35％。常规340℃等温处理后，基体的硬度为450HV，偏析部硬度为530HV。可见通过本发明提供的工艺处理后，基体硬度和偏析部差显著缩小。
实施例2
一种钢板，基体主要化学成分质量百分数为，C：0.18、Si：1.10、Mn：1.80、Cr：0.92、Ni：0.52，Mo：0.30，其余为Fe和杂质；偏析部的成分为C：0.23、Si：1.38、Mn：3.51、Cr：1.22、Ni：0.75，Mo：0.43，其余为Fe和杂质。基体的Ms温度为352℃，偏析部的Ms温度为240℃。将钢板加热至900℃保温0.5h，快速冷却至335℃，保温5min均温处理后，升温至365℃，保温45min，此时基体组织已完成贝氏体转变，偏析部贝氏体转变程度为55％，随后冷却至室温，最后在300℃进行回火处理。经测试，基体位置的硬度为420HV，偏析部位置硬度为432HV，偏析部位置的残余奥氏体含量为33％。常规空冷处理后，基体位置的硬度为415HV，偏析部位置硬度为498HV。可见通过本发明提供的工艺处理后，基体位置硬度和偏析部硬度差显著缩小。
在本发明的一个实施例中，还进一步提供了一种钢工件，所述钢工件采用上述调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法制作的钢材料形成。
上文描述了本发明实施例提供的多个实施例方案，各实施例方案介绍的各可选方式可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施例方案，这些均可认为是本发明实施例披露、公开的实施例方案。
虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于，包括：
获取待处理钢材料，其中，所述待处理钢材料包含基体和偏析部，所述偏析部为所述待处理钢材料出现偏析的部分；
对所述待处理钢材料进行第一热处理，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；
对所述待处理钢材料进行第二热处理，直至所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变。
2.根据权利要求1所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述对所述待处理钢材料进行第一热处理，包括：
将所述待处理钢材料加热至奥氏体转变温度；
冷却所述待处理钢材料至第一温度，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量；其中，所述第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，且，大于第二马氏体转变温度；所述第一马氏体转变温度为所述基体对应的马氏体转变温度，所述第二马氏体转变温度为所述偏析部对应的马氏体转变温度。
3.根据权利要求2所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述冷却所述待处理钢材料至第一温度，以使所述待处理钢材料的基体产生的马氏体含量高于所述待处理钢材料的偏析部的马氏体含量的步骤中，所述待处理钢材料的基体产生的马氏体的含量小于或等于30％。
4.根据权利要求2所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述对所述待处理钢材料进行第二热处理，包括：
加热所述待处理钢材料至第二温度，以使所述待处理钢材料的基体进行贝氏体转变；
其中，所述第二温度大于所述第一马氏体转变温度。
5.根据权利要求4所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述加热所述待处理钢材料至第二温度之后，还包括：
对所述待处理钢材料进行保温，保温时长大于或等于所述待处理钢材料的基体完成贝氏体转变的时长，小于或等于所述待处理钢材料的偏析部完成贝氏体转变的时长。
6.根据权利要求5所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述保温时长为所述待处理钢材料的偏析部完成预设比例的贝氏体转变的时长，其中，所述预设比例为30％～70％，包括端点值。
7.根据权利要求2所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述获取待处理钢材料之后，所述对所述待处理钢材料进行第一热处理之前，还包括：
确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度。
8.根据权利要求6所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度，包括：
确定所述待处理钢材料中，所述基体和所述偏析部的化学成分；
基于所述基体和所述偏析部的化学成分，确定所述待处理钢材料的第一马氏体转变温度和第二马氏体转变温度。
9.根据权利要求2所述的一种调控贝氏体钢中偏析与基体性能差方法，其特征在于：所述第一温度小于或等于第一马氏体转变温度，且，大于第一马氏体转变温度与20℃的差。
10.一种钢工件，其特征在于：所述钢工件采用权利要求1～9任一项所述方法制备的钢材料形成。
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