一種耐延遲斷裂高強鋼的等溫淬火制備方法[工藝流程]

　　專利名稱：耐延遲斷裂高強鋼的等溫淬火制備方法

　　技術領域：

　　本發明屬于合金鋼生產工藝領域，適合于高強度合金結構鋼的等溫淬火制備方法。

　　延遲斷裂是妨礙淬火回火高強度鋼應用的主要障礙之一。多年來，雖然進行了大量的相關研究，但對其機理尚無一致的認識，改進方法也不多見(Hirth JP.Effects of Hydrogen on the Properties of Iron and Steel.Metallurgical Transactions A，1980，11A(6)861～890)。九十年代以來，日本、中國、韓國等國都致力于1500MPa級的合金結構鋼的研究與開發，其中等溫淬火貝氏體組織的思路取得了明顯的效果。韓國的J K Choi等人對成分為0.45C-3.0Si-0.3Mn-0.5Cr-0.05V的合金鋼進行了950℃加熱30分鐘并在300～550℃等溫60分鐘淬火，獲得了具有良好綜合力學性能的上貝氏體組織，并預期該組織有優良的耐延遲斷裂性能(Choi H C et al..Effectsof Isothermal Transformation Temperature on the Mechanical Propertiesof High Si-Added Bainitic Steel.CAMP ISIJ，1999，12479)。日本的并村裕一等人對SCM440鋼進行了880℃加熱30分鐘，然后在300-325℃等溫10～30分鐘淬火，所獲得的貝氏體組織比同強度的馬氏體的耐延遲斷裂性能好(并村裕一等.Delayed Fracture Characteristics of Steels forHigh-Strength Bolts.CAMP ISIJ，1994，71638)。J K Choi等主要依靠大量的鐵素體/滲碳體界面作為氫陷阱來提高材料的耐延遲斷裂性能，并村裕一等則依靠晶界碳化物的減少來提高材料的耐延遲斷裂性能，二者都沒有考慮殘余奧氏體對材料耐延遲斷裂性能的有益作用。

　　本發明的目的在于通過控制殘余奧氏體的含量，提供一種耐延遲斷裂高強鋼的等溫淬火方法。利用該方法，可以在保證材料的常規力學性能的同時，顯著提高其耐延遲斷裂性能，而且能在一定程度上提高可操作性。

　　本發明適用的合金結構鋼的成分范圍如下(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，其余為Fe。

　　本發明采用的等溫淬火主要工藝流程如下正火—貝氏體區等溫—馬氏體區等溫淬火。

　　首先，進行正火，在中溫鹽浴爐中將零件加熱到AC3+(50～80℃)，保溫時間依據零件的等效尺寸De(De*2min/mm)而變，一般為10～60分鐘，空冷以使組織均勻化，然后，進行貝氏體區等溫淬火，在中溫鹽浴爐中將零件加熱到AC3+(30～50℃)，保溫時間以保證零件截面內外溫度一致為準，一般為10～30分鐘，當零件均熱后迅速取出，置于Ms～Ms+100℃的低溫鹽浴爐中等溫，等溫時間為3～30分鐘，所需等溫時間的對數應與等溫溫度的倒數成正比，通過控制等溫溫度和等溫時間來控制貝氏體轉變的進行程度使等溫組織中保留部分殘余奧氏體，殘余奧氏體的含量應控制在10～30％，接著進行馬氏體區等溫，取出零件置于Ms-100℃～Ms-50℃的低溫鹽浴爐中等溫，等溫時間10～60分鐘，等溫完畢，零件淬油。

　　等溫淬火貝氏體是提高高強鋼的耐延遲斷裂的有效途徑，本發明通過控制在貝氏體區和馬氏體區兩次等溫淬火的等溫溫度和等溫時間，在貝氏體中保留適量的穩定殘余奧氏體，結果可以使其耐延遲斷裂性能進一步提高。

　　與現有淬火回火和等溫淬火技術相比，具有以下優點1.耐延遲斷裂性能顯著提高。

　　日本人對SCM440鋼進行300℃等溫30分鐘淬火，所得組織為無晶界碳化物的貝氏體組織，其抗拉強度為1390MPa，耐延遲斷裂性能明顯高于同強度水平的淬火回火組織。但是，并沒有考慮到殘余奧氏體的作用以及如何獲得一定含量的穩定殘余奧氏體。而本發明則充分考慮到殘余奧氏體對氫的溶解和捕獲效果，并通過采用貝氏體區和馬氏體區兩次等溫的方法，使所得組織中保留一定量的穩定殘余奧氏體，從而進一步提高材料的耐延遲斷裂性能。

　　2.可操作性提高。

　　本方法等溫溫度范圍較寬，便于實際操作。特別是對尺寸稍大的零件，由于等溫時零件內外表面溫差較大，形成的組織也有較大差別，等溫溫度的要求不宜過于苛刻。通過控制等溫時間，可以適當放寬等溫溫度范圍的限制，從而確保等溫淬火組織中貝氏體和殘余奧氏體的含量。

　　。

　　圖1、圖2、圖3分別為實施例中試件1、2、3的金相組織圖。

　　實施例。

　　采用本發明工藝方法制作了3批耐延遲斷裂試件，并且與同強度級別的淬火回火鋼進行了對比。試件的化學成分列于表1，熱處理工藝列于表2，殘余奧氏體的含量、拉伸強度和耐延遲斷裂性能(以缺口拉伸臨界應力來表示)列于表3，3批試件的金相組織見附圖1、2、3。

　　表1實施例合金結構鋼的化學成分(wt％)和Ms點溫度(℃)

　　表2實施例合金結構鋼的熱處理工藝

　　表3實施例合金結構鋼的強度和耐延遲斷裂性能

　　權利要求

　　1.耐延遲斷裂高強鋼的等溫淬火制備方法，其特征在于它的主要工藝流程為正火—貝氏體區等溫—馬氏體區等溫淬火，具體步驟如下首先，進行正火，在中溫鹽浴爐中將零件加熱到AC3+(50～80℃)，保溫時間依據零件的等效尺寸De(De*2min/mm)而變，一般為10～60分鐘，空冷以使組織均勻化，然后，進行貝氏體區等溫淬火，在中溫鹽浴爐中將零件加熱到AC3+(30～50℃)，保溫時間以保證零件截面內外溫度一致為準，一般為10～30分鐘，當零件均熱后迅速取出，置于Ms～Ms+100℃的低溫鹽浴爐中等溫，等溫時間為3～30分鐘，所需等溫時間的對數應與等溫溫度的倒數成正比，通過控制等溫溫度和等溫時間來控制貝氏體轉變的進行程度使等溫組織中保留部分殘余奧氏體，殘余奧氏體的含量應控制在10～30％，接著進行馬氏體區等溫，取出零件置于Ms-100℃～Ms-50℃的低溫鹽浴爐中等溫，等溫時間10-60分鐘，等溫完畢，零件淬油。

　　全文摘要

　　耐延遲斷裂高強鋼的等溫淬火制備方法,屬于合金鋼生產領域,它的主要工藝流程為:正火—貝氏體區等溫—馬氏體區等溫淬火,具體為:在中溫鹽浴爐中將零件加熱到A

　　文檔編號C21D1/22GK1267737SQ0010608

　　公開日2000年9月27日 申請日期2000年4月20日 優先權日2000年4月20日

　　發明者王毛球, 董瀚, 惠衛軍, 陳思聯, 翁宇慶 申請人:鋼鐵研究總院