CN115896402A - 一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法，将样品钢加热到奥氏体单相区900～1200℃，保温5～60min，快冷至室温获得全马氏体组织；将全马氏体组织的钢加热到350～650℃进行预回火处理，保温0.5～10h，以空冷或淬火方式冷却至室温；将预回火样品以1～20℃/s加热至铁素体+奥氏体(α+γ)两相区775～820℃，保温0～5min，或加热到Ac3以上10～20℃的奥氏体单相区，保温0～2min。本发明可实现对低合金钢中奥氏体晶体学取向调控和晶粒细化，以此提高钢的力学性能。
Description
【技术领域】
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法。
【背景技术】
马氏体至奥氏体逆相变(α→γ)技术，越来越多的被应用于先进高强钢制备领域。奥氏体逆相变过程中有两种形貌和晶体学取向不同的逆转变奥氏体生成：针状逆转变奥氏体和块状逆转变奥氏体。针状逆转变奥氏体一般在马氏体板条、板条块界或亚板条块界上形核；块状逆转变奥氏体一般沿原奥氏体晶界形核或在原奥氏体晶粒内部形核。针状逆转变奥氏体沿马氏体板条方向生长，晶体学取向单一且相同，不利于晶粒细化；而块状逆转变奥氏体可在渗碳体/回火马氏体基体界面上形核，渗碳体具有多重取向，导致同一原奥氏体晶粒内部生成的块状逆转变奥氏体晶体学取向具有多重性，且对奥氏体晶粒具有细化效果。因此，通过调控预回火后的渗碳体形貌、尺寸和空间分布进而准确控制晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的形成和长大，具有十分重要的意义。然而，逆相变过程相变速率较快，单纯通过加热制度难以实现对其精准控制，目前尚无关于晶体学取向具有多重性的块状逆转变奥氏体形成的精准调控技术。因此，非常有必要开发一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法，来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
本发明的目的在于通过控制热处理工序、加热和冷却速率以及相变组织，实现通过控制预回火条件，调控渗碳体的析出和粗化，以此来调控晶体学取向具有多重性的块状逆转变奥氏体的形核和长大过程，进而实现对晶内晶体学取向具有多重性的块状奥氏体形成的控制，并且可以达到对部分逆转变奥氏体和完全相变奥氏体晶粒尺寸细化的效果，即实现对低合金钢中奥氏体晶体学取向的调控和晶粒尺寸的细化。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)奥氏体化：将样品钢进行奥氏体化-淬火处理，以快加热速率加热到奥氏体单相区900～1200℃，保温5～60min，以50～200℃/s冷却速率快冷至室温，得到全马氏体组织的钢；
(2)预回火：将全马氏体组织的钢以快加热速率加热到350～650℃，保温0.5～10h，以空冷或淬火方式冷却至室温，得到预回火样品，该样品为马氏体和渗碳体混合组织。受预回火温度不同，渗碳体形貌、尺寸和空间分布不同；
(3)两相区或单相区退火：将预回火样品以1～20℃/s快加热速率加热到铁素体+奥氏体(α+γ)两相区775～820℃，保温0～5min，进行部分逆相变处理，通过逆相变和步骤(2)中预回火调控的渗碳体对晶体学取向具有多重性的块状奥氏体进行调控；或者将预回火样品以1～20℃/s快加热速率加热到Ac3以上10～20℃的奥氏体单相区，保温0～2min，通过步骤(2)中预回火调控的渗碳体和步骤(3)部分逆变奥氏体实现对完全相变的奥氏体晶粒尺寸的调控。
所述样品钢化学成分的质量百分数为：C：0.15-0.4％，Mn：0.5-3.0％，Si：0.5-1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
所述的快加热速率是指加热速率大于1℃/s。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：通过控制简单的热处理工序的预回火条件(预回火温度和预回火保温时间)，对预回火过程中析出的渗碳体的形貌、尺寸和数量进行精细化调控，从而实现对晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的形成与长大的控制，并且对部分逆转变奥氏体和完全相变奥氏体晶粒尺寸有细化效果，即实现对低合金钢中奥氏体晶体学取向的调控和晶粒尺寸的细化，对提高钢的力学性能起着至关重要的作用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明提供的热处理工艺示意图；
图2是本发明实施例1所有工艺的典型金相显微组织图；
图3是本发明实施例2所有工艺的典型金相显微组织图；
图4是本发明实施例3所有工艺的典型金相显微组织图；
图5是本发明实施例4所有工艺的典型奥氏体晶粒尺寸重构图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
如图1所示，本发明提供一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法。
所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)奥氏体化：将样品钢进行奥氏体化-淬火处理，以快加热速率加热到奥氏体单相区900～1200℃，保温5～60min，以50～200℃/s冷却速率快冷至室温，得到全马氏体组织的钢。淬火至室温得到的马氏体组织可以获得更高的强度和更加微细的组织，对后续的热处理工艺有重要的影响。
(2)预回火：将全马氏体组织的钢以快加热速率加热到350～650℃，保温0.5～10h，以空冷或淬火方式冷却至室温，得到回火马氏体和渗碳体混合组织。受预回火温度不同，渗碳体形貌、尺寸和空间分布不同。随着预回火程度加大，渗碳体的数量减少但发生粗化，预回火过程中析出的大尺寸渗碳体颗粒可以成为逆相变过程中晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的有效形核位点。
(3)两相区或单相区退火：将预回火样品以1～20℃/s快加热速率加热到铁素体+奥氏体(α+γ)两相区775～820℃，保温0～5min，进行部分逆相变处理，通过逆相变和步骤(2)中预回火调控的渗碳体对晶体学取向具有多重性的块状奥氏体进行调控；或者将预回火样品以1～20℃/s快加热速率加热到Ac3以上10～20℃的奥氏体单相区，保温0～2min，通过步骤(2)中预回火调控的渗碳体和步骤(3)部分逆变奥氏体实现对完全相变的奥氏体晶粒尺寸的调控。由前述预回火工序对两相区退火的影响可知，随着预回火温度的升高，晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的体积分数呈现出先增加后迅速减少的趋势；随着预回火时间的延长，晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的体积分数呈现出先增加后趋于基本稳定的趋势。当加热到Ac3以上的单相区，晶内体积分数和数量较多的晶体学取向具有多重性的块状奥氏体相互合并长大，导致最终完全相变的奥氏体晶粒尺寸细化。因此通过控制预回火条件，可以达到对晶内晶体学取向具有多重性的块状奥氏体形成和长大的精细化调控以及达到对完全相变的奥氏体晶粒尺寸的细化，即实现对低合金钢中奥氏体晶体学取向的调控和晶粒尺寸的细化。
所述样品钢化学成分的质量百分数为：C：0.15-0.4％，Mn：0.5-3.0％，Si：0.5-1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
所述的快加热速率是指加热速率大于1℃/s。
本发明实施例1～4中采用冷轧1.5mm厚的样品钢的化学成分的质量百分数为：C：0.34％，Mn：2.51％，Si：1.47％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
实施例1：具体工艺如下：
步骤1：将样品钢以快加热速率加热到奥氏体单相区1050℃，保温30min，油淬冷却至室温，得到全马氏体组织的钢；
步骤2：将全马氏体组织的钢以快加热速率分别加热到350℃、550℃和650℃，均保温1h，油淬冷却至室温，得到回火马氏体和不同形貌、尺寸、数量的渗碳体混合组织；
步骤3：将步骤1中全马氏体组织的样品和步骤2中预回火样品均以快加热速率加热到铁素体+奥氏体(α+γ)两相区780℃，保温1min，油淬冷却至室温，得到回火马氏体基体和不同体积分数的晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的混合组织。
实施例2：具体工艺如下：
步骤1：将样品钢以快加热速率加热到奥氏体单相区1050℃，保温30min，油淬冷却至室温，得到全马氏体组织的钢；
步骤2：将全马氏体组织的钢以快加热速率加热到400℃，分别保温1h和7h，油淬冷却至室温，得到回火马氏体和不同尺寸、数量的渗碳体混合组织；
步骤3：将步骤2中预回火样品均以快加热速率加热到铁素体+奥氏体(α+γ)两相区780℃，保温1min，油淬冷却至室温，得到回火马氏体基体和不同体积分数的晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的混合组织。
实施例3：具体工艺如下：
步骤1：将样品钢以快加热速率加热到奥氏体单相区1050℃，保温30min，油淬冷却至室温，得到全马氏体组织的钢；
步骤2：将全马氏体组织的钢以快加热速率加热到650℃，保温1h，油淬冷却至室温，得到回火马氏体和球状渗碳体混合组织；
步骤3：将步骤1中全马氏体组织的样品和步骤2中预回火样品均以20℃/s的加热速率加热到铁素体+奥氏体(α+γ)两相区790℃，立即以200℃/s冷却速率快冷至室温，得到回火马氏体基体和不同尺寸的晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的混合组织。
实施例4：具体工艺如下：
步骤1：将样品钢以快加热速率加热到奥氏体单相区1050℃，保温30min，油淬冷却至室温，得到全马氏体组织的钢；
步骤2：将全马氏体组织的钢以快加热速率加热到550℃保温1h，油淬冷却至室温，得到回火马氏体和渗碳体混合组织；
步骤3：将步骤1中全马氏体组织的样品和步骤2中预回火样品均以快加热速率加热到奥氏体单相区825℃，保温15s，油淬冷却至室温，得到刚相变完成的全马氏体组织。
为了更加直观的对比和统计实施例1～4的结果，实施例1～4的热处理工艺的具体工艺参数通过如下表1所示。
表1实施例1～4的主要工艺控制参数
本专利中并未列出所有的实验数据结果，仅展示了最具有代表性的结果。由金相显微组织分析结果可知，本发明实施例1中，如图2所示，通过改变预回火温度，发现随着预回火温度的升高，晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的体积分数呈现出先增加后迅速减少的趋势；如图3所示，本发明实施例2中，通过改变预回火时间，发现随着预回火时间的延长，晶粒内部晶体学取向具有多重性的块状奥氏体的体积分数呈现出先增加后趋于基本稳定的趋势，可见通过控制预回火条件，能够实现对晶内晶体学取向具有多重性的块状奥氏体形成和长大的精细化调控；本发明实施例3中，如图4所示，对比3-Ⅰ和3-Ⅱ可得，采用650℃预回火1h的热处理工艺，得到晶体学取向具有多重性的块状部分逆转变奥氏体晶粒尺寸细化率达60％；由奥氏体晶粒尺寸重构分析结果可知，本发明实施例4中，如图5所示，对比4-Ⅰ和4-Ⅱ可得，采用550℃预回火1h的热处理工艺，得到刚逆转变完成的奥氏体晶粒尺寸细化率可达57％。可见，通过控制预回火条件，可以达到对晶内晶体学取向具有多重性的块状奥氏体形成和长大的精细化调控以及达到对部分逆转变奥氏体和完全相变的奥氏体晶粒尺寸的细化，即实现对低合金钢中奥氏体晶体学取向的调控和晶粒尺寸的细化。
以上对本申请实施例所提供的一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (3)
1.一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)奥氏体化：将样品钢进行奥氏体化-淬火处理，以快加热速率加热到奥氏体单相区900～1200℃，保温5～60min，以50～200℃/s冷却速率快冷至室温，得到全马氏体组织的钢；
(2)预回火：将全马氏体组织的钢以快加热速率加热到350～650℃，保温0.5～10h，以空冷或淬火方式冷却至室温，得到预回火样品，该样品为马氏体和渗碳体混合组织；受预回火温度不同，渗碳体形貌、尺寸和空间分布不同；
(3)两相区或单相区退火：将预回火样品以1～20℃/s快加热速率加热到铁素体+奥氏体(α+γ)两相区775～820℃，保温0～5min，进行部分逆相变处理，通过逆相变和步骤(2)中预回火调控的渗碳体对晶体学取向具有多重性的块状奥氏体进行调控；或者将预回火样品以1～20℃/s快加热速率加热到Ac3以上10～20℃的奥氏体单相区，保温0～2min，通过步骤(2)中预回火调控的渗碳体和步骤(3)部分逆变奥氏体实现对完全相变的奥氏体晶粒尺寸的调控。
2.根据权利要求1所述的一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法，其特征在于，所述样品钢化学成分的质量百分数为：C：0.15-0.4％，Mn：0.5-3.0％，Si：0.5-1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的一种调控低合金钢中奥氏体晶体学取向与晶粒尺寸的方法，其特征在于，所述的快加热速率是指加热速率大于1℃/s。
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