專利名稱：一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種低合金鋼強韌化熱處理方法。
背景技術：
中碳錳釩低合金鋼是在調質鋼的基礎上發展起來的一系列非調質商品化鋼，主要應用于油氣輸送管線用鋼、造船用鋼、汽車用鋼、工程機械用鋼的生產。中碳錳釩低合金鋼的含碳量一般在0.25% 0.5%之間,合金兀素總含量不高于5%,其中，少量V、Ti等合金元素的添加，能夠起到細化晶粒，改善鋼的顯微組織的作用，并可以提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩定性。中碳錳釩低合金鋼的傳統熱處理工藝為調質處理，即淬火后再進行高溫回火，通過這種工藝，最終獲得抗拉強度850MPa，屈服強度790MPa。隨著工藝的不斷改進，又出現控扎控冷的處理方法，采用這種方法處理后，鋼的抗拉強度可以達到900MPa，屈服強度800MPa。雖然控扎控冷方法已經對鋼的強度有了一定的提高，但對于重載關鍵構件來說，這種強度遠不能滿足要求。且隨著人們對商品化用鋼性能要求的不斷提高，上述兩種熱處理工藝不能兼顧強度與塑性，其延伸率為16.3%，其斷面收縮率為58%，但是強度顯著降低，不能滿足重載關鍵構件對強度的要求。若采用低溫回火的調質工藝進行處理，可以使其抗拉強度提高到1540MPa，屈服強度提高到1300MPa，但此時延伸率只有8.2%，斷面收縮率為39.4%，塑性明顯下降。可見，以上 這些熱處理方式都不能保證中碳錳釩鋼同時兼顧強韌性。
發明內容
本發明是要解決經傳統熱處理工藝處理得到的中碳錳釩低合金鋼強度低、韌性差，且不能同時具備良好的強度和塑韌性的問題，而提供一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法。本發明一種中碳猛釩低合金鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將中碳錳釩低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下100°C 10°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間是以中碳錳釩低合金鋼厚度尺寸計算為60s/mm，再淬火至室溫，即完成中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理。本發明的優點:本發明針對中碳錳釩低合金鋼提出的強韌化熱處理新工藝與傳統淬火回火工藝不同，優點如下:一、本發明的強韌化熱處理工藝將中碳錳釩低合金鋼奧氏體化后，先在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，得到部分馬氏體和未轉變奧氏體，然后在(Ms+100°C，Ms-1OO0C )的溫度區間內保溫，使碳從先形成馬氏體向未轉變奧氏體中擴散并使之穩定化，最后淬火至室溫，得到由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復相組織。富碳奧氏體含量在3% 10%之間，相對于傳統淬火回火工藝，本發明的強韌化熱處理工藝能使馬氏體鋼在保持強度水平的前提下明顯改善韌性；二、經本發明的中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理新工藝處理后的中碳錳釩低合金鋼的抗拉強度達到1530MPa 2060MPa，屈服強度為1020MPa 1540MPa，延伸率為5% 15%，斷面收縮率為20% 45%，塑性好，在保證該系列鋼種保持高強度的同時兼具一定的塑性，與傳統的高溫回火調質熱處理工藝獲得的中碳猛釩低合金鋼的抗拉強度850MPa，屈服強度790MPa相比，抗拉強度提高了 80% 142%，屈服強度提高了 30% 95%，且此時仍保持了較好的塑性，與傳統的低溫回火調質熱處理工藝獲得的中碳猛釩低合金鋼的抗拉強度1540MPa，屈服強度1300MPa，延伸率8.2%，斷面收縮率為39.4%相比，抗拉強度提高了 33.7%，屈服強度提高了 18.5%，且延伸率和斷面收縮率也顯著提高，綜合力學性能比傳統熱處理工藝顯著提高，同時根據該系列鋼種不同含碳量的熱處理方法，獲得不同的高強度、高韌性和優良的應力腐蝕抗力的配合，滿足不同的性能需求。
圖1為試驗一后的強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼的金相組織顯微照片；圖2為試驗二后的強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼的SEM照片；圖3為試驗二后的強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼的EBSD掃描照片；圖4為試驗五后的試驗二后的強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼的XRD譜圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:本實施方式一種中碳猛鑰;低合金鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將中碳錳釩低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下100°C 10°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間是以中碳錳釩低合金鋼厚度尺寸計算為60s/mm，再淬火至室溫，即完成中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理。本實施方式的中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms針對某一特定的中碳錳釩低合金鋼的馬氏體點Ms是固定值`，且本領域技術人員根據公知常識即可獲得該中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變結束點Ms。本實施方式針對中碳錳釩低合金鋼提出的強韌化熱處理新工藝與傳統淬火回火工藝不同，優點如下:一、本實施方式的強韌化熱處理工藝將中碳錳釩低合金鋼奧氏體化后，先在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變溫度區間內進行等溫淬火，得到部分馬氏體和未轉變奧氏體，然后在(Ms+100°C，Ms-1OO0C )的溫度區間內保溫，使碳從先形成馬氏體向未轉變奧氏體中擴散并使之穩定化，最后淬火至室溫，得到由低碳馬氏體和富碳奧氏體組成的復相組織。富碳奧氏體含量在3% 10%之間，相對于傳統淬火回火工藝，本實施方式的強韌化熱處理工藝能使馬氏體鋼在保持強度水平的前提下明顯改善韌性；二、經本實施方式的中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理新工藝處理后的中碳錳釩低合金鋼的抗拉強度達到二、經本發明的中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理新工藝處理后的中碳錳釩低合金鋼的抗拉強度達到1530MPa 2060MPa，屈服強度為1020MPa 1540MPa，延伸率為5% 15%，斷面收縮率為20% 45%，塑性好，在保證該系列鋼種保持高強度的同時兼具一定的塑性，與傳統的高溫回火調質熱處理工藝獲得的中碳猛釩低合金鋼的抗拉強度850MPa，屈服強度790MPa相比，抗拉強度提高了 80% 142%，屈服強度提高了 30% 95%，且此時仍保持了較好的塑性，與傳統的低溫回火調質熱處理工藝獲得的中碳猛釩低合金鋼的抗拉強度1540MPa，屈服強度1300MPa，延伸率8.2 %，斷面收縮率為39.4%相比，抗拉強度提高了33.7%，屈服強度提高了 18.5%，且延伸率和斷面收縮率也顯著提高，綜合力學性能比傳統熱處理工藝顯著提高，同時根據該系列鋼種不同含碳量的熱處理方法，獲得不同的高強度、高韌性和優良的應力腐蝕抗力的配合，滿足不同的性能需求。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:所述的奧氏體化處理具體操作過程如下:將中碳猛釩低合金鋼在溫度為中碳猛釩低合金鋼的Ae3以上30°C 50°C的條件下保溫，保溫時間為60s 3600s，即完成奧氏體化處理；其中所述的Ae3為加熱時鐵素體全部轉變為奧氏體時的終了溫度。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:所述的中碳猛釩低合金鋼的成分如下:C含量為0.25fft.% 0.5fft.%、Si含量為0.15fft.% 0.45fft.Mn 含量為 1.15fft.% 1.8fft.%、V含量為 0.08fft.% 0.12fft.%、A1 含量為 0.02fft.%
0.04fft.%,Nb含量為彡0.05fft.%、P含量為彡0.02fft.%和S含量為彡0.02fft.%。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
三不同的是:所述的中碳猛釩低合金鋼的成分如下:c含量為0.25fft.% 0.43fft.%。其它與具體實施方式
三相同。
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:所述的中碳猛釩低合金鋼為38Mn2VNb鋼、42Mn2VNb鋼、33Mn2V鋼、25MnV鋼或者40MnVTi鋼。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
一至五之一不同的是:所述的保溫時間為30s 4200s。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
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:所述的保溫時間為120s 1200s。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
一至七之一不同的是:所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下20 30°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為300s。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是:所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下40 60°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為480s。其它與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是:所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下70 80°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為600s。其它與具體實施方式
一至九之一相同。
具體實施方式
i^一:本實施方式與具體實施方式
一至十之一不同的是:所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下90 100°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為1200s。其它與具體實施方式
一至十之一相同。采用下述試驗驗證本發明的效果:試驗一:一種38Mn2VNb鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將38Mn2VNb鋼在840°C下保溫600s完成奧氏體化處理，然后在230°C的溫度下進行等溫淬火，保溫時間為600 s，再淬火至室溫，即完成38Mn2VNb鋼強韌化熱處理。對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行性能檢測，檢測結果如下:抗拉強度為1847MPa，屈服強度為1040MPa，且塑性達到9%，斷面收縮率為31.2%，具有良好的強塑性配合。根據GB/T13298-199138Mn2VNb鋼金相檢驗國家標準，在室溫條件下，利用型號為PMG30LYMPUS的金相顯微鏡，對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行金相組織分析，檢測結果如圖1所示，圖1為本試驗強韌化熱處理后38Mn2VNb鋼的金相組織照片，由圖1可以看到板條馬氏體，并且馬氏體組織細小，板條馬氏體的亞結構是高密度位錯，所以又稱為位錯型馬氏體，其強度、硬度較高，并且綜合性能良好。試驗二: 一種38Mn2VNb鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將38Mn2VNb鋼在840°C下保溫600s完成奧氏體化處理，然后在230°C的溫度下進行等溫淬火，保溫時間為900s，再淬火至室溫，即完成38Mn2VNb鋼強韌化熱處理。對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行性能檢測，檢測結果如下:抗拉強度為1970MPa，屈服強度為1280MPa，且塑性達到9%，斷面收縮率為38%，具有良好的強塑性配合。米用型號為Helios Nanolab600i的掃描電鏡，對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行電鏡掃描，得到如圖2所示的掃描電鏡照片，由圖2可以看到板條馬氏體，并且條束窄且細長，板條之間相互平行。采用Helios Nanolab600i場發射掃描電子顯微鏡對本試驗的強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行EBSD掃描，得到如圖3所示的EBSD照片，由圖3可以看到馬氏體和奧氏體的各個晶體取向，且馬氏體與奧氏體的晶體取向有重疊部分，奧氏體一方面能將板條馬氏體區域分割開來，阻礙位錯運動和裂紋的擴展。另一方面，促進相變誘導塑性的發生顯著提高鋼的塑性。試驗三:一種38Mn2VNb鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:
將38Mn2VNb鋼在840°C下保溫600s完成奧氏體化處理，然后在250°C的溫度下進行等溫淬火，保溫時間為300s，再淬火至室溫，即完成38Mn2VNb鋼強韌化熱處理。對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行性能檢測，檢測結果如下:抗拉強度為2050MPa，屈服強度為1160MPa，且塑性達到9%，斷面收縮率為38%，具有良好的強塑性配合。試驗四:一種38Mn2VNb鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將38Mn2VNb鋼在840°C下保溫600s完成奧氏體化處理，然后在290°C的溫度下進行等溫淬火，保溫時間為900s，再淬火至室溫，即完成38Mn2VNb鋼強韌化熱處理。對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行性能檢測，檢測結果如下:抗拉強度為1672MPa，屈服強度為1380MPa，且塑性達到12%，斷面收縮率為35%，具有良好的強塑性配合。 試驗五:一種38Mn2VNb鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將38Mn2VNb鋼在840°C下保溫600s完成奧氏體化處理，然后在230°C的溫度下進行等溫淬火，保溫時間為300s，再淬火至室溫，即完成38Mn2VNb鋼強韌化熱處理。對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行性能檢測，檢測結果如下:抗拉強度為2060MPa，屈服強度為1350MPa，且塑性達到8%，斷面收縮率為43%，具有良好的強塑性配合。采用D/max-rbX射線衍射儀對本試驗強韌化熱處理后的38Mn2VNb鋼進行X射線衍射試驗，得到如圖4所示的XRD圖譜，由圖4可以看到馬氏體和奧氏體衍射峰，通過衍射峰計算得出奧氏體含量為4%，奧氏體的存在能夠提高鋼的強度和塑性。試驗六:一種42Mn2VNb鋼強韌化熱處理方法，按以下步驟進行:將42Mn2VNb鋼在840°C下保溫600s完成奧氏體化處理，然后在270°C的溫度下進行等溫淬火，保溫時間為600s，再淬火至室溫，即完成42Mn2VNb鋼強韌化熱處理。對本試驗強韌化熱處理后的42Mn2VNb鋼進行性能檢測，檢測結果如下:抗拉強度為2084MPa，屈服強度為1490MPa，延伸率為15%，斷面收縮率為48%，在保證強度的同時獲得了良好的塑性，實現了 強韌性配合。
權利要求
1.一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法是通過以下步驟實現的: 將中碳錳釩低合金鋼奧氏體化處理，然后在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下100°C 10°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間是以中碳錳釩低合金鋼厚度尺寸計算為60s/mm，再淬火至室溫，即完成中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理。
2.根據權利要求1所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的奧氏體化處理具體操作過程如下:將中碳猛釩低合金鋼在溫度為中碳猛釩低合金鋼的Ac3以上30°C 50°C的條件下保溫，保溫時間為60s 3600s，即完成奧氏體化處理；其中所述的Ae3為加熱時鐵素體全部轉變為奧氏體時的終了溫度。
3.根據權利要求1或2所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的中碳猛釩低合金鋼的成分如下=C含量為0.25Wt.% 0.5Wt.%、Si含量為 0.15fft.% 0.45fft.%、Mn 含量為 1.15fft.% 1.8fft.%、V 含量為 0.08fft.% 0.12fft.%、Al 含量為 0.02fft.% 0.04fft.%、Nb 含量為彡 0.05fft.%、P 含量為(0.02fft.%和 S 含量為彡 0.02fft.%。
4.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的中碳猛釩低合金鋼為38Mn2VNb鋼、42Mn2VNb鋼、33Mn2V鋼、25MnV鋼或者40MnVTi鋼。
5.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的保溫時間為30s 4200s。
6.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的保溫時間為120s 1200s。
7.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下20 30°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為300s。
8.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下40 60°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為480s。
9.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下70 80°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為600s。
10.根據權利要求3所述的一種中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理方法，其特征在于所述的在中碳錳釩低合金鋼的馬氏體轉變開始點Ms以下90 100°C的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間為1 200s。
全文摘要
一種中碳猛釩低合金鋼強韌化熱處理方法。它涉及一種低合金鋼強韌化熱處理方法。它要解決經傳統熱處理工藝處理得到的中碳錳釩低合金鋼強度低、韌性差，且不能同時具備良好的強度和塑韌性的問題，方法將中碳錳釩低合金鋼奧氏體化處理，然后在馬氏體轉變開始點Ms以下100℃～10℃的溫度區間內進行等溫淬火，保溫時間以中碳錳釩低合金鋼厚度尺寸計算為60s/mm，再淬火至室溫，即完成中碳錳釩低合金鋼強韌化熱處理。得到的中碳錳釩低合金鋼的抗拉強度達2060MPa，屈服強度達1540MPa，延伸率達15％，斷面收縮率達45％，在保證高強度的同時兼具塑性，可應用于中碳猛釩低合金鋼強韌化熱處理工藝。
文檔編號C22C38/26GK103243204SQ20131017546
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月13日 優先權日2013年5月13日
發明者朱景川, 邸可新, 來忠紅, 劉勇, 王慧 申請人:哈爾濱工業大學