專利名稱：一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。
背景技術：
中碳硅錳低合金鋼一般具有較高的強度和良好的彈性極限，主要應用于板簧、螺旋彈簧、安全閥簧及高應力下工作的主要彈簧等。該類合金鋼的含碳量一般為0.50 0. 70%，傳統熱處理制度為淬火+回火。通過淬火獲得高強度的馬氏體組織，并利用回火消除淬火后出現的熱應力和組織應力，常規組織為回火屈氏體。傳統的熱處理制度雖然可以保證該類合金具有較高的彈性極限，能夠滿足普通使用環境的服役條件，但塑性、韌性欠佳或強韌性匹配不足、氫脆與應力腐蝕敏感性大等缺點，卻限制了該類合金鋼強韌性潛力的發揮。尤其是近年來汽車輕量化和高性能化的快速發展，迫切要求提高彈簧鋼的設計應力。 由于懸掛彈簧的質量與設計應力的平方成正比，在彈簧性能不變的前提下，隨著設計應力的提高，彈簧可減重40 % 50 %，因此，開發一種工業上簡便易行的熱處理新工藝，在保證足夠塑性的前提下，使中碳硅錳系彈簧鋼設計應力提高20% 30%;另一方面，可以在保證高強度前提下，大幅度改善塑韌性、降低氫脆敏感性、提高應力腐蝕抗力，拓寬中碳硅錳鋼在海洋性氣候等嚴酷環境下重要結構件上的應用，具有廣闊的應用前景和使用需求。
發明內容
本發明是要解決現有中碳硅錳低合金鋼雖然具有高強度，但是其塑韌性差、耐應力腐蝕性差的問題，提供了一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本發明的中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳硅錳低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為60 120s ；二、將經步驟一處理后的中碳硅錳低合金鋼在上馬氏體點Ms至500°C的配分溫度下等溫配分熱處理30 1800s，然后再淬火至室溫， 即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本發明步驟一中的中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理中的奧氏體化溫度為中碳硅錳低合金鋼的Ac3以上30°C 50°C，保溫時間為600s 900s，其中Ac3為加熱時鐵素體全部轉變為奧氏體終了溫度。步驟一中所述的中碳硅錳低合金鋼中碳含量在0. 25% 0. 60%范圍內。步驟一中所述中碳硅錳低合金鋼包括并不僅限于60Si2MnA、55Si2Mn、55Si2MnB、 55SiMnMoV、55SiMnVB等其它含硅錳中碳低合金鋼。本發明的中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法中首先將中碳硅錳低合金鋼經奧氏體化后，淬火到馬氏體轉變溫度區間(Ms Mf)的某一溫度(Quenching Temperature,簡稱QT)進行不完全淬火或等溫淬火，得到部分馬氏體和殘余奧氏體，隨后在Ms 500°C之間等溫配分熱處理以改變淬火馬氏體和殘余奧氏體中碳分布，獲得由低碳馬氏體和殘余奧氏體及其轉變組織構成的復相組織，從而使得處理后的中碳硅錳低合金鋼呈現高強度和高塑性的良好配合，并提高了應力腐蝕抗力、降低氫脆敏感性，并可以在較大范圍內調整高強度與高塑性的配合。經本發明的中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法處理后，中碳硅錳低合金鋼的抗拉強度達到1650MPa 2115MPa，屈服強度達到1490MPa 1950MPa，延伸率為5 % 10 %，面縮率為20 % 50 %，應力腐蝕臨界應力強度因子Kiscc達35 40MPa .m1氣獲得了符合實際服役條件的不同超高強度與優良塑韌性相配合的綜合力學性能指標要求， 并顯著改善氫脆與應力腐蝕敏感性。
圖1是具體實施方式
十二經步驟一 220°C等溫淬火獲得的馬氏體組織照片；圖2 為具體實施方式
十五經過等溫淬火和等溫配分熱處理獲得的馬氏體和奧氏體組織照片，圖中RA為殘余奧氏體，BM為板條馬氏體，LM為孿晶馬氏體。
具體實施例方式本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳硅錳低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為60 120s ；二、將經步驟一處理后的中碳硅錳低合金鋼在上馬氏體點Ms至500°C的配分溫度下等溫配分熱處理30 1800s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。步驟一中的中碳硅錳低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間(Ms Mf)對于某一特定的中碳硅錳低合金鋼Ms和Mf值是固定的。經本實施方式的中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法處理后，中碳硅錳低合金鋼的抗拉強度達到1650MPa 2115MPa，屈服強度達到1490MPa 1950MPa， 延伸率為5% 10%，面縮率為20% 50%，應力腐蝕臨界應力強度因子Kiscc達35 40MPa-m1/20獲得了符合實際服役條件的不同超高強度與優良塑韌性相配合的綜合力學性能指標要求，并顯著改善氫脆與應力腐蝕敏感性。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中的中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理中的奧氏體化溫度為中碳硅錳低合金鋼的Ara以上30°C 50°C，保溫時間為600s 900s，其中A。3為加熱時鐵素體全部轉變為奧氏體終了溫度。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中所述的中碳硅錳低合金鋼中碳含量在0. 25 % 0. 60 %范圍內。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一中所述中碳硅猛低合金鋼包括并不僅限于60Si2MnA、55Si2Mn、55Si2MnB、55SiMnMoV、55SiMnVB 等其它含硅錳中碳低合金鋼。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟一中保溫時間為80 100s。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟一中保溫時間為90s。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二中等溫配分熱處理100 1600s。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二中等溫配分熱處理300 1400s。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二中等溫配分熱處理600 1200s。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二中等溫配分熱處理800 1000s。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將60Si2Mn鋼奧氏體化處理，奧氏體化溫度為870°C，保溫 600s，然后在60Si2Mn鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，淬火溫度為140°C，保溫時間為120s ；二、將經步驟一處理后的60Si2Mn鋼在370°C的配分溫度下等溫配分熱處理 1200s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本實施方式60Si2Mn鋼經過該工藝熱處理在保持適當塑性前提下達到超高強度指標抗拉強度2115MPa，屈服強度1490MPa，延伸率5%，面縮率20%。
具體實施方式
十二 本實施方式中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將60Si2Mn鋼奧氏體化處理，奧氏體化溫度為870°C，保溫600s，然后在60Si2Mn鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，淬火溫度為220°C，保溫時間為60s ；二、將經步驟一處理后的60Si2Mn鋼在430°C的配分溫度下等溫配分熱處理 300s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本實施方式經步驟一 220°C等溫淬火獲得的馬氏體組織照片如圖1所示。本實施方式60Si2Mn鋼經過該工藝熱處理在保持超高強度水平下顯著改善塑性指標抗拉強度1650MPa，屈服強度1540MPa，延伸率10%，面縮率50%。
具體實施方式
十三本實施方式中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將60Si2Mn鋼奧氏體化處理，奧氏體化溫度為870°C，保溫600s，然后在60Si2Mn鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，淬火溫度為180°C，保溫時間為60s ；二、將經步驟一處理后的60Si2Mn鋼在410°C的配分溫度下等溫配分熱處理 600s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本實施方式60Si2Mn鋼經過該工藝熱處理達到高強塑積、優良強韌性配合的綜合力學性能指標抗拉強度2025MPa，屈服強度1950MPa，延伸率10%，面縮率40%。
具體實施方式
十四本實施方式中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將60Si2Mn鋼奧氏體化處理，奧氏體化溫度為870°C，保溫600s，然后在60Si2Mn鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，淬火溫度為220°C，保溫時間為60s ；二、將經步驟一處理后的60Si2Mn鋼在390°C的配分溫度下等溫配分熱處理 1200s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本實施方式60Si2Mn鋼應力腐蝕臨界應力強度因子Kiscc達到:35MPa · m1/2,比淬火 +480°C回火1800s的傳統熱處理工藝提高20%。其力學性能指標為抗拉強度1938MPa，屈服強度1899MPa，伸長率10%，面縮率18%。
具體實施方式
十五本實施方式中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將60Si2Mn鋼奧氏體化處理，奧氏體化溫度為870°C，保溫600s，然后在60Si2Mn鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，淬火溫度為180°C，保溫時間為60s ；二、將經步驟一處理后的60Si2Mn鋼在390°C的配分溫度下等溫配分熱處理 300s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。本實施方式經過等溫淬火和等溫配分熱處理獲得的馬氏體和奧氏體組織照片如圖2所示，圖中RA為殘余奧氏體，BM為板條馬氏體，LM為孿晶馬氏體。本實施方式60Si2Mn鋼應力腐蝕臨界應力強度因子Kiscc達到40MPa · m1/2,比淬火 +480°C回火1800s的傳統熱處理工藝提高35%。其力學性能指標為抗拉強度2025MPa，屈服強度1947MPa，伸長率9 %，面縮率42 %。
權利要求
1.一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法是通過以下步驟實現的一、將中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳硅錳低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為60 120s ；二、將經步驟一處理后的中碳硅錳低合金鋼在上馬氏體點Ms至500°C的配分溫度下等溫配分熱處理30 1800s，然后再淬火至室溫，即完成中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法。
2.根據權利要求1所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟一中的中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理中的奧氏體化溫度為中碳硅錳低合金鋼的Ac3以上30°C 50°C，保溫時間為600s 900s，其中Ac3為加熱時鐵素體全部轉變為奧氏體終了溫度。
3.根據權利要求1或2所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟一中所述的中碳硅錳低合金鋼中碳含量在0. 25% 0. 60%范圍內。
4.根據權利要求3所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟一中所述中碳硅錳低合金鋼包括并不僅限于60Si2MnA、55Si2Mn、55Si2MnB、 55SiMnMoV、55SiMnVB等其它含硅錳中碳低合金鋼。
5.根據權利要求4所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟一中保溫時間為80 100s。
6.根據權利要求4所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟一中保溫時間為90s。
7.根據權利要求5所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟二中等溫配分熱處理100 1600s。
8.根據權利要求5所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟二中等溫配分熱處理300 1400s。
9.根據權利要求5所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟二中等溫配分熱處理600 1200s。
10.根據權利要求5所述的一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，其特征在于步驟二中等溫配分熱處理800 1000s。
全文摘要
一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，涉及一種中碳硅錳低合金鋼的高強韌淬火-配分熱處理方法，是要解決現有中碳硅錳低合金鋼雖然具有高強度，但是其塑韌性差、耐應力腐蝕性差的問題。方法一、將中碳硅錳低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳硅錳低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火；二、將經步驟一處理后的中碳硅錳低合金鋼在上馬氏體點Ms至500℃的配分溫度下等溫配分熱處理，再淬火至室溫，即完成。經本發明方法處理后，中碳硅錳低合金鋼的抗拉強度達到1650MPa～2115MPa，屈服強度達到1490MPa～1950MPa，延伸率為5％～10％，面縮率為20％～50％。
文檔編號C21D1/18GK102534132SQ20121005158
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者劉勇, 吳韡劍, 朱景川, 來忠紅, 陳鳳 申請人:哈爾濱工業大學