中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法

摘要

一种中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法，意在解决传统等温热处理工艺在回火温度低于等温淬火温度时，屈服强度显著偏低，不能满足某些关键零部件性能需求。方法：将中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化处理，之后在马氏体转变温度M

说明书

技术领域

本发明涉及中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法。

背景技术

中碳硅锰铬镍系低合金钢是低合金高强钢，其含碳量一般在0.25-0.5％之间，合金元素总 含量不高于5％，其中Cr、Ni和Mn元素具有提高钢的淬透性的作用；Mo和V元素的添加， 能够起到细化晶粒，改善钢的显微组织的作用，并可以提高钢的回火能力。因其强度高，中 碳硅锰铬镍系低合金钢已经应用于飞机起落架、火箭壳体材料和发动机泵十字轴。随着航空 航天技术的发展，对中碳硅锰铬镍系低合金钢的综合强度、韧性也提出了越来越高的要求。

对于中碳硅锰铬镍系低合金钢，传统的贝氏体等温热处理工艺为：贝氏体等温淬火后， 在等温淬火温度以下进行一次回火。但是，这种传统的工艺在应用于某飞行器发动机十字轴 时，多批次产品性能不合格，低于σb≥1570MPa、σ0.2≥1285MPa、δ5≥9％的性能指标， 不能满足关键零部件高强韧性要求，严重阻碍了飞行器制造进度。为此开发了一种新的贝氏 体等温热处理工艺，在保证该系列钢拉伸强度和塑性指标的同时，显著提高钢的屈服强度， 达到强韧性兼得，拓宽中碳硅锰铬镍系低合金钢的适用范围。

发明内容

本发明是要解决现有贝氏体等温热处理工艺中的技术偏见，提供了一种中碳硅锰铬镍系 低合金钢的贝氏体等温热处理新方法，使其具备良好的强韧性，达到良好的综合力学性能。

本发明公开了一种中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，是通过以下步骤实 现的：

步骤1)对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行奥氏体化处理；

步骤2)在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上的温度下进行等温淬火 与保温；

步骤3)将步骤2)处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在高于等温淬火温度以上进行回火 与保温。

本发明所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢包括40SiMnCrNiMoV钢，37SiMnCrNiMoV钢， 30Si2MnCrMoVE钢或35SiMnCrMoVA钢。

本发明所述步骤1)中奥氏体化温度为中碳硅锰铬镍系低合金钢的A_c3以上30℃～50℃， 保温时间为10～30min，其中A_c3为加热时铁素体全部转变为奥氏体时的终了温度。

本发明所述步骤2)中在马氏体转变开始点Ms以上5℃～60℃对中碳硅锰铬镍系低合金 钢进行等温淬火。

本发明所述步骤2)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行等温淬火的保温时间为 90～240min。

本发明所述步骤3)中在等温淬火温度以上5℃～85℃对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行回 火。

本发明所述步骤3)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行回火的保温时间为10～200min。

本发明所述步骤2)中等温淬火方式为等温油淬或等温气淬。

本发明中，针对某一特定的中碳硅锰铬镍系低合金钢，Ms是固定值，且本领域技术人员 根据公知常识很简单的就能够获得某中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变点Ms。

与传统淬火回火工艺不同，本发明公开的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方 法，首先对中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化，在中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体转变温度 区间内进行等温淬火，得到大量贝氏体和极少量未转变奥氏体；在高于淬火温度的温度下回 火，产生逆转变奥氏体；在冷却时，部分奥氏体分解，碳化物析出，形成具有纳米级无碳化 物贝氏体和残余奥氏体及少量细小碳化物的复相组织，最终的富碳奥氏体含量在3％～10％之 间。相对于传统淬火回火工艺，本发明的贝氏体等温热处理工艺使得中碳硅锰铬镍系低合金 钢在保持高抗拉强度和良好塑韧性的情况下，明显提高屈服强度。

经本发明的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法处理后的中碳硅锰铬镍系低 合金钢的抗拉强度达到1590MPa～1980MPa，屈服强度达到1350MPa～1770MPa，延伸率为 14％～25％。相比传统热处理工艺，本发明在保证该系列钢种具备高拉伸强度和塑性的同时 显著提高了屈服强度，使得综合力学性能显著提高。同时，该系列钢种不同的含碳量，获得 不同的高强度、高韧性与优良的应力腐蚀抗力的配合，从而满足不同的性能需求。

附图说明

图1为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的金相照片；

图2为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的XRD图谱；

图3为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的EBSD照片；

图4为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的TEM照片。

具体实施方式

为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明 做进一步详细说明。

实施例1：

将40SiMnCrNiMoV系列中碳硅锰铬镍系低合金钢进行贝氏体等温热处理，是通过以下 步骤实现的：

步骤1)将中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化处理。所述的奥氏体化温度为中碳硅锰铬 镍系低合金钢的A_c3以上30℃～50℃，保温时间为10min～30min，其中A_c3为加热时铁素体 全部转变为奥氏体时的终了温度；

步骤2)在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上5℃～60℃的温度进行 等温淬火，保温时间120～180min；

步骤3)将步骤2)处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在高于等温淬火温度以上10℃～60 ℃回火，保温时间30～150min。

对于某一特定的中碳硅锰铬镍系低合金钢，马氏体转变点Ms是固定的。

本实施例适用钢种的成分如表1所示(质量百分比Wt.％)：

表1实施例1中热处理方法适用钢种的成分(质量百分比Wt.％)

经本实施例的贝氏体等温热处理方法后，中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度达到 1590MPa～1980MPa，屈服强度达到1350MPa～1770MPa，延伸率为14％～25％。达到了不 同超高强度与优良塑韧性配合的综合力学性能指标要求，能够符合实际服役条件。

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是：步骤2)中保温时间为180～240min。其它与实施例1相 同。

实施例3：

本实施例40SiMnCrNiMoV系列中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法是通 过以下步骤实现的：将40SiMnCrNiMoV系列中碳硅锰铬镍系低合金钢在850℃～900℃下保 温15～20min完成奥氏体化处理后，在250℃～300℃的温度下进行等温淬火，保温 120～180min，再在高于淬火温度以上10℃～60℃回火，保温时间30～150min。

通过表2试验验证本实施例40SiMnCrNiMoV系列中碳硅锰铬镍系低合金钢的热处理方 法的有益效果。

试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的金相照片如图1所示，可以看到贝氏体组织。

试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的XRD图谱如图2所示，可以看到马氏体和奥氏体衍 射峰。

试验2处理后的40SiMnCrNiMoV钢的EBSD照片如图3所示，可以看到贝氏体和奥氏 体的各个晶体取向。图中马氏体与奥氏体的晶体取向有重叠。经计算得奥氏体含量为5.31％。

试验2处理后的40SiMnCrNiMoV钢的TEM照片如图4所示，可以看到贝氏体的形貌以 及贝氏体中铁素体板条的尺寸。

表2实施例2中40SiMnCrNiMoV钢的贝氏体等温处理试验及性能参数

实施例4：

本实施例与实施例1至3之一不同的是：步骤1)中所述中碳硅锰铬镍系低合金钢包括 并不仅限于37SiMnCrNiMoV钢，30Si2MnCrMoVE钢或35SiMnCrMoVA钢。其它与实施例 1至3之一相同。

实施例5：

本实施例与实施例1至4之一不同的是：步骤2)中所述的保温时间为90～210min。其它 与实施例1至4相同。

实施例6：

本实施例与实施例1至5之一不同的是：步骤3)中所述的回火温度在等温淬火温度以 上5℃～85℃时，也能使得不同的中碳硅锰铬镍系低合金钢获得较高的抗拉强度和一定的塑 性，具有良好的强塑性配合。

实施例7：

本实施例与实施例1至6之一不同的是：步骤3)中所述的保温时间为10～100min、 20～150min、50～160min、60～170min、70～180min、80～190min或者90～200min时，经过本发 明贝氏体等温热处理方法所获得的中碳硅锰铬镍系低合金钢呈现稳定的复相组织，具有良好 的强塑性配合。

上面结合附图和实施例对本发明进行了详细描述，显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的非实质性改进，或者未经改进，将本发 明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。