CN102534132A - 一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，涉及一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，是要解决现有中碳硅锰低合金钢虽然具有高强度，但是其塑韧性差、耐应力腐蚀性差的问题。方法：一、将中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理，然后在中碳硅锰低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火；二、将经步骤一处理后的中碳硅锰低合金钢在上马氏体点Ms至500℃的配分温度下等温配分热处理，再淬火至室温，即完成。经本发明方法处理后，中碳硅锰低合金钢的抗拉强度达到1650MPa～2115MPa，屈服强度达到1490MPa～1950MPa，延伸率为5％～10％，面缩率为20％～50％。
Description
技术领域
本发明涉及一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
背景技术
中碳硅锰低合金钢一般具有较高的强度和良好的弹性极限，主要应用于板簧、螺旋弹簧、安全阀簧及高应力下工作的主要弹簧等。该类合金钢的含碳量一般为0.50～0.70％，传统热处理制度为淬火+回火。通过淬火获得高强度的马氏体组织，并利用回火消除淬火后出现的热应力和组织应力，常规组织为回火屈氏体。传统的热处理制度虽然可以保证该类合金具有较高的弹性极限，能够满足普通使用环境的服役条件，但塑性、韧性欠佳或强韧性匹配不足、氢脆与应力腐蚀敏感性大等缺点，却限制了该类合金钢强韧性潜力的发挥。尤其是近年来汽车轻量化和高性能化的快速发展，迫切要求提高弹簧钢的设计应力。由于悬挂弹簧的质量与设计应力的平方成正比，在弹簧性能不变的前提下，随着设计应力的提高，弹簧可减重40％～50％，因此，开发一种工业上简便易行的热处理新工艺，在保证足够塑性的前提下，使中碳硅锰系弹簧钢设计应力提高20％～30％；另一方面，可以在保证高强度前提下，大幅度改善塑韧性、降低氢脆敏感性、提高应力腐蚀抗力，拓宽中碳硅锰钢在海洋性气候等严酷环境下重要结构件上的应用，具有广阔的应用前景和使用需求。
发明内容
本发明是要解决现有中碳硅锰低合金钢虽然具有高强度，但是其塑韧性差、耐应力腐蚀性差的问题，提供了一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本发明的中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理，然后在中碳硅锰低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，保温时间为60～120s；二、将经步骤一处理后的中碳硅锰低合金钢在上马氏体点Ms至500℃的配分温度下等温配分热处理30～1800s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本发明步骤一中的中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为中碳硅锰低合金钢的AC3以上30℃～50℃，保温时间为600s～900s，其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。
步骤一中所述的中碳硅锰低合金钢中碳含量在0.25％～0.60％范围内。
步骤一中所述中碳硅锰低合金钢包括并不仅限于60Si2MnA、55Si2Mn、55Si2MnB、55SiMnMoV、55SiMnVB等其它含硅锰中碳低合金钢。
本发明的中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法中首先将中碳硅锰低合金钢经奥氏体化后，淬火到马氏体转变温度区间(Ms～Mf)的某一温度(Quenching Temperature，简称QT)进行不完全淬火或等温淬火，得到部分马氏体和残余奥氏体，随后在Ms～500℃之间等温配分热处理以改变淬火马氏体和残余奥氏体中碳分布，获得由低碳马氏体和残余奥氏体及其转变组织构成的复相组织，从而使得处理后的中碳硅锰低合金钢呈现高强度和高塑性的良好配合，并提高了应力腐蚀抗力、降低氢脆敏感性，并可以在较大范围内调整高强度与高塑性的配合。
经本发明的中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法处理后，中碳硅锰低合金钢的抗拉强度达到1650MPa～2115MPa，屈服强度达到1490MPa～1950MPa，延伸率为5％～10％，面缩率为20％～50％，应力腐蚀临界应力强度因子KISCC达35～40MPa·m1/2。获得了符合实际服役条件的不同超高强度与优良塑韧性相配合的综合力学性能指标要求，并显著改善氢脆与应力腐蚀敏感性。
附图说明
图1是具体实施方式十二经步骤一220℃等温淬火获得的马氏体组织照片；图2为具体实施方式十五经过等温淬火和等温配分热处理获得的马氏体和奥氏体组织照片，图中RA为残余奥氏体，BM为板条马氏体，LM为孪晶马氏体。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理，然后在中碳硅锰低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，保温时间为60～120s；二、将经步骤一处理后的中碳硅锰低合金钢在上马氏体点Ms至500℃的配分温度下等温配分热处理30～1800s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
步骤一中的中碳硅锰低合金钢的马氏体转变温度区间(Ms～Mf)对于某一特定的中碳硅锰低合金钢Ms和Mf值是固定的。
经本实施方式的中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法处理后，中碳硅锰低合金钢的抗拉强度达到1650MPa～2115MPa，屈服强度达到1490MPa～1950MPa，延伸率为5％～10％，面缩率为20％～50％，应力腐蚀临界应力强度因子KISCC达35～40MPa·m1/2。获得了符合实际服役条件的不同超高强度与优良塑韧性相配合的综合力学性能指标要求，并显著改善氢脆与应力腐蚀敏感性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为中碳硅锰低合金钢的AC3以上30℃～50℃，保温时间为600s～900s，其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的中碳硅锰低合金钢中碳含量在0.25％～0.60％范围内。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述中碳硅锰低合金钢包括并不仅限于60Si2MnA、55Si2Mn、55Si2MnB、55SiMnMoV、55SiMnVB等其它含硅锰中碳低合金钢。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中保温时间为80～100s。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中保温时间为90s。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中等温配分热处理100～1600s。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中等温配分热处理300～1400s。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中等温配分热处理600～1200s。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中等温配分热处理800～1000s。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将60Si2Mn钢奥氏体化处理，奥氏体化温度为870℃，保温600s，然后在60Si2Mn钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，淬火温度为140℃，保温时间为120s；二、将经步骤一处理后的60Si2Mn钢在370℃的配分温度下等温配分热处理1200s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本实施方式60Si2Mn钢经过该工艺热处理在保持适当塑性前提下达到超高强度指标：抗拉强度2115MPa，屈服强度1490MPa，延伸率5％，面缩率20％。
具体实施方式十二：本实施方式中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将60Si2Mn钢奥氏体化处理，奥氏体化温度为870℃，保温600s，然后在60Si2Mn钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，淬火温度为220℃，保温时间为60s；二、将经步骤一处理后的60Si2Mn钢在430℃的配分温度下等温配分热处理300s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本实施方式经步骤一220℃等温淬火获得的马氏体组织照片如图1所示。
本实施方式60Si2Mn钢经过该工艺热处理在保持超高强度水平下显著改善塑性指标：抗拉强度1650MPa，屈服强度1540MPa，延伸率10％，面缩率50％。
具体实施方式十三：本实施方式中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将60Si2Mn钢奥氏体化处理，奥氏体化温度为870℃，保温600s，然后在60Si2Mn钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，淬火温度为180℃，保温时间为60s；二、将经步骤一处理后的60Si2Mn钢在410℃的配分温度下等温配分热处理600s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本实施方式60Si2Mn钢经过该工艺热处理达到高强塑积、优良强韧性配合的综合力学性能指标：抗拉强度2025MPa，屈服强度1950MPa，延伸率10％，面缩率40％。
具体实施方式十四：本实施方式中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将60Si2Mn钢奥氏体化处理，奥氏体化温度为870℃，保温600s，然后在60Si2Mn钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，淬火温度为220℃，保温时间为60s；二、将经步骤一处理后的60Si2Mn钢在390℃的配分温度下等温配分热处理1200s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本实施方式60Si2Mn钢应力腐蚀临界应力强度因子KISCC达到35MPa·m1/2，比淬火+480℃回火1800s的传统热处理工艺提高20％。其力学性能指标为：抗拉强度1938MPa，屈服强度1899MPa，伸长率10％，面缩率18％。
具体实施方式十五：本实施方式中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将60Si2Mn钢奥氏体化处理，奥氏体化温度为870℃，保温600s，然后在60Si2Mn钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，淬火温度为180℃，保温时间为60s；二、将经步骤一处理后的60Si2Mn钢在390℃的配分温度下等温配分热处理300s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
本实施方式经过等温淬火和等温配分热处理获得的马氏体和奥氏体组织照片如图2所示，图中RA为残余奥氏体，BM为板条马氏体，LM为孪晶马氏体。
本实施方式60Si2Mn钢应力腐蚀临界应力强度因子KISCC达到40MPa·m1/2，比淬火+480℃回火1800s的传统热处理工艺提高35％。其力学性能指标为：抗拉强度2025MPa，屈服强度1947MPa，伸长率9％，面缩率42％。
Claims (10)
1.一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法是通过以下步骤实现的：一、将中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理，然后在中碳硅锰低合金钢的马氏体转变温度区间内进行等温淬火，保温时间为60～120s；二、将经步骤一处理后的中碳硅锰低合金钢在上马氏体点Ms至500℃的配分温度下等温配分热处理30～1800s，然后再淬火至室温，即完成中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法。
2.根据权利要求1所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤一中的中碳硅锰低合金钢奥氏体化处理中的奥氏体化温度为中碳硅锰低合金钢的AC3以上30℃～50℃，保温时间为600s～900s，其中AC3为加热时铁素体全部转变为奥氏体终了温度。
3.根据权利要求1或2所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤一中所述的中碳硅锰低合金钢中碳含量在0.25％～0.60％范围内。
4.根据权利要求3所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤一中所述中碳硅锰低合金钢包括并不仅限于60Si2MnA、55Si2Mn、55Si2MnB、55SiMnMoV、55SiMnVB等其它含硅锰中碳低合金钢。
5.根据权利要求4所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤一中保温时间为80～100s。
6.根据权利要求4所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤一中保温时间为90s。
7.根据权利要求5所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤二中等温配分热处理100～1600s。
8.根据权利要求5所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤二中等温配分热处理300～1400s。
9.根据权利要求5所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤二中等温配分热处理600～1200s。
10.根据权利要求5所述的一种中碳硅锰低合金钢的高强韧淬火-配分热处理方法，其特征在于步骤二中等温配分热处理800～1000s。
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