专利名称：一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法
技术领域：
本发明涉及低合金高强钢领域，尤其是涉及一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法。
背景技术：
为降低机械构件重量以节约能源和资源，低合金高强钢已被广泛应用到机械、汽车、轮船、航空等多个领域，而对于传统的高强钢，随着强度的增加，塑性会逐渐恶化，从而限制了高强钢的应用。传统高强钢热处理工艺一般以淬火-回火工艺为主，为改善高强钢的塑性，徐祖耀(热处理，2007，22(1))提出了一种淬火-分配-回火工艺(以下简称Q-P-T)，该工艺指工件经奥氏体化后，淬火至马氏体开始转变温度(Ms)和结束转变温度(Mf)之间某温度(该温度称为淬冷温度，Tq),获得部分马氏体组织，然后升至另一温度(该温度被称为分配温度，Tp)，保温一段时间进行分配处理，再在一定温度进行回火，实现碳从过饱和马氏体分配(扩散)到未转变奥氏体中，得到稳定的残余奥氏体，或从过饱和马氏体中析出碳化物，发挥析出强化效果，从而提高高强钢的塑性，获得更高的强塑积(强度和延伸率的乘积，MPa%)。实现Q-P-T工艺的关键是控制淬冷温度Tq和分配温度Tp，同时选择合适分配时间。然而，传统Q-P-T工艺存在两个不可避免的不足之处:一是为得到马氏体组织，需要采用较快淬火冷却速度，但是对于大尺寸构件，如果淬火冷却速度过快，很难实现构件表层和心部的组织一致(一般表层为马氏体，心部仍然以珠光体为主)，同时构件也易开裂；二是对于传统Q-P-T工艺，分配时间较短(分配时间一般为10 600秒，徐祖耀，热处理，2009(6))，如果分配时间太短，较难实现工业化生产，且对于大尺寸构件无法实现温度的均匀性，造成大尺寸构件表层和心部性能不一致
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法，采用不同冷却介质控制冷却，在冷却过程中得到贝氏体组织，并延长分配时间保证表层和心部组织和性能的一致性，在连续冷却过程中形成部分贝氏体组织可避免淬火开裂，最终显著提高其强度和塑性。本发明采用的技术方案是提供一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法，该方法包括如下步骤:1)采用常规炼钢工艺冶炼，铸造、锻造或轧制成各种钢材，使钢中的各成分的质量百分比为:C:0.02 0.68wt.% ；Mn:2.00 4.80wt.% ；S1:0.20 2.50wt.% ；Cr:0.20 1.50wt.% ；A1:0.01 1.0Owt.% ；N1:0.01 1.80wt.% ；
Mo:0.01 1.60wt.% ；Cu:0.01 2.0Owt.% ；Nb:0.00 0.08wt.% ；V:0.00 0.12wt.% ；T1:0.00 0.05wt.% ；P:0.001 0.02wt.% ；
S:0.001 0.02wt.% ;其余为 Fe ;2)将上步得到的钢材加热至850 1050°C保温I 5小时；3)根据步骤I)中钢材的成分，在冷却介质中冷却，冷却至室温 360°C后，在冷却过程中得到部分贝氏体组织；4)再立即加热至100 500°C进行分配处理，分配时间为30 360分钟，分配处
理后空冷至室温；5)将步骤4)得到的钢材在100 360°C保温30 360分钟。优选地，步骤3)所述的冷却介质包括水、盐、风、空气或油。本发明的效果是本发明提出的采用控制冷却-分配-回火工艺生产贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法，以C-Mn-S1-Cr为主要合金元素，结合Mn对贝氏体形成的有利作用，及Si和Al对增加残余奥氏体稳定性的有利作用，克服了高强钢合金成本高的不足之处，适应我国资源节约型发展的战略；同时进行不同冷却介质中的控制冷却，在冷却过程中得到部分贝氏体组织，最终延长了分配时间，克服了传统Q-P-T工艺中分配时间较短(10 600秒)，不宜控制的缺点。最终获得的贝氏体/马氏体/奥氏体复相组织具有良好的强塑性和韧性配合。控制冷却-分配-回火工艺生产贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的过程示意图见图1。应用本工艺得到的高强钢强度>1200MPa，延伸率>10%，强塑积>20000MPa%, HRCM0，夏比V型冲击值aKV>50J/cm2，具有良好的强塑性配合，各项数值见表
2。特别适于需长时间分配处理的厚壁钢管、厚板、大尺寸机械构件等高强钢生产，对不利于实现水淬或水淬容易开裂的大尺寸构件也具有独特优势，对于大尺寸、淬火易开裂构件，本发明贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢具有广阔的应用前景。
图1是控制冷却-分配-回火工艺生产贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的示意图；图2是典型贝氏体/马氏体/奥氏体复相组织图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进一步加以说明。表一各种钢材合金组分质量百分比
权利要求
1.一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)采用常规炼钢工艺冶炼，铸造、锻造或轧制成各种钢材，所述钢材包含的组分及质量百分比为:C:0.02 0.68wt% ；Mn:2.00 4.80wt% ；S1:0.20 2.50wt% ；Cr:0.20 1.50wt% ；A1:0.01 1.00wt% ；N1:0.01 1.80wt% ；Mo:0.01 1.60wt% ；Cu:0.01 2.00wt% ；Nb:0.00 0.08wt% ；V:0.00 0.12wt% ；Ti:0.00 0.05wt% ；P:0.001 0.02wt% ；S:0.001 0.02wt% ;其余为 Fe ； 2)将上步得到的钢材加热至850 1050°C保温I 5小时； 3)根据步骤I)中钢材的成分，在冷却介质中冷却，冷却至室温 360°C，在冷却过程中得到部分贝氏体组织； 4)再立即加热至100 500°C进行分配处理，分配时间为30 360分钟，处理后空冷至室温； 5)将步骤4)得到的钢材在100 360°C保温30 360分钟。
2.根据权利要求1所述的一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法，其特征在于:步骤3)所述的冷却介质包`括水、盐、风、空气或油。
全文摘要
本发明公开了一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法，属于低合金高强钢的领域。采用C-Mn-Si-Cr为主要合金元素，添加Al、Ni、Mo、Cu、Nb、Ti和V等元素，其余为Fe。采用常规炼钢工艺冶炼，铸造、锻造或轧制成钢轨、厚壁管材、大截面棒材或厚板材等，经过奥氏体化，采用不同的冷却介质控制冷却，在冷却过程中得到部分贝氏体组织，再立即进行分配处理和低温回火处理，分配时间为30～360分钟，最终得到的贝氏体/马氏体/奥氏体复相组织具有良好的强塑性和韧性配合。对于大尺寸、淬火易开裂的构件，本发明贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢具有广阔的应用前景。
文档编号C21D11/00GK103243275SQ20131011640
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者谭谆礼, 高古辉, 桂晓露, 白秉哲 申请人:北京交通大学