一种提高中厚板高强钢件强韧性的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢材热处理的技术领域，涉及一种提高中厚板高强钢件强韧性的热处 理方法，具体涉及一种采用碳配分和深冷处理加回火提高中厚板高强钢强韧性的热处理方 法。
【背景技术】
[0002] 钢材的性能主要由其组织构成及其性能所决定。而热处理过程不同，最终组织组 成相不同，组成比例不同，组成相性能也不尽相同，因此热处理作为决定组织组成与性能的 工艺就成为钢铁生产过程中最重要的工艺之一。
[0003] 其中，中低碳低合金高强钢主要由bcc结构的铁素体类基体加残余奥氏体组成。 bcc基体主要有铁素体基，贝氏体基、马氏体基以及以上三种中的两种或三种混合组织组 成，是决定钢材强度的主要因素。残余奥氏体是影响强度、塑性以及韧性的重要因素。在塑 性变形过程中，残余奥氏体在较高应变时发生马氏体相变，则可以抵抗材料局部变形，推迟 了颈缩，因此提高了材料的强塑性。在冲击过程中，残余奥氏体的存在对韧性影响有两面 性，一方面稳定的残余奥氏体可以提高材料韧性，另一方面冲击过程中，如果残余奥氏体发 生相变，则新生成的马氏体可能会成为裂纹源或者断裂点，不利于韧性。
[0004] 而淬火配分处理可以大大提高残余奥氏体的稳定性，此外通过添加一定量的合金 元素，可以通过配分后的回火处理使马氏体中析出合金碳化物，进一步提高材料的强度与 韧性。近年来，深冷处理越来越多的应用到中高碳合金钢的热处理中来，深冷处理可以使得 部分不稳定的残余奥氏体发生相变，同时调整材料内部的应力状态，使材料内部产生压应 力，有利于残余奥氏体的稳定性及整体材料性能。
[0005] 随着钢铁企业的发展，对材料的强度，塑性，韧性提出了更高的要求。在不添加大 量合金元素前提下，改善热处理工艺成为提高性能的最佳选择。中碳中厚板钢淬火配分 回火处理后的钢强度级别可达2000MPa，延伸率>8%，但是该热处理后的钢低温冲击性能 差，限制了该热处理的推广。目前，J. Speer等在Acta Materialia 51(国际材料学报） (2003)P2611_2622 上发表的 "Carbon partitioning into austenite after martensite transformation" 一文中阐述了碳原子从马氏体到残余奥氏体分配的原理，获得了马氏 体-残余奥氏体双相钢，得到高强度和塑性的先进结构钢，但是该技术没有关注对韧性 的作用。徐祖耀在 Material Science Forum(2007)P2283-2286 上发表的 "Design of structure, composition and heat treatment process for strength steel'，一文阐述了 引入弥散碳化物的作用，该热处理后的钢的强度更高，但是所设计方法主要应用于薄板钢 方面。没有针对中厚板钢的热处理特性进行分析研究。而本发明在淬火配分回火工艺前提 下，引入深冷处理，在保证材料足够的强塑性前提下，大大提高了材料的低温韧性，在现有 文献中未见报道。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高中厚板高强钢件 强韧性的热处理方法，采用碳配分和深冷处理加回火工艺，在保证材料足够的强塑性前提 下，大大提高了材料的低温冲击韧性。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种提高中厚板高强钢件 强韧性的热处理方法，包括以下步骤：
[0008] 1)将钢件进行均匀化处理；
[0009] 所述钢件是指中厚板高强钢件。
[0010] 优选地，所述均匀化处理的加热温度为1000-1200°C。
[0011] 优选地，所述均匀化处理的等温时间为2~5h。
[0012] 2)将经步骤1)处理后的钢件迅速淬入油浴中进行油淬，然后进行奥氏体化处理；
[0013] 优选地，所述油淬是将钢件迅速淬入室温条件下油浴的淬火油中，并搅拌不少于1 分钟时间，让钢件得到马氏体的初始组织。这样可以增加奥氏体形核位置，消除条带组织。
[0014] 优选地，所述奥氏体化处理的温度为800-1000°C。
[0015] 优选地，所述奥氏体化处理的等温时间根据钢件具体厚度调整，即每毫米厚度的 钢件所需奥氏体化处理的等温时间不少于2分钟。
[0016] 3)将经步骤2)处理后的钢件迅速淬入盐浴中进行淬火后，再冷却；
[0017] 优选地，所述淬火，包括如下步骤：
[0018] A)将钢件迅速淬入盐浴中进行初次淬火；
[0019] 更优选地，所述初次淬火的时间为5~300s (即5s-5min)。
[0020] 更优选地，所述初次淬火的温度根据所需马氏体体积分数决定，所述马氏体体积 分数根据下述公式（I )计算：
[0021] Vm= 1-exp [-0· IlX (Ms-T)] (I)
[0022] 式中，Vm--马氏体体积分数的相对含量；
[0023] Ms一一马氏体相变开始温度；
[0024] T--淬火温度。
[0025] 钢件的强度主要由马氏体基体决定，其中所述初次淬火生成的马氏体量对后续贝 氏体及残余奥氏体量都有很大影响，一般初次淬火马氏体体积分数为10~30%。
[0026] B)将钢件迅速转移至比步骤A)中盐浴具有更高温度的盐浴中等温处理一段时间 后，淬至室温。
[0027] 更优选地，所述等温处理的时间为10~1800s (即10s_30min)。
[0028] 更优选地，所述等温处理的温度为250-450 °C。
[0029] 所述等温处理可以使钢件的马氏体中的碳原子扩散到奥氏体中，使奥氏体富碳， 提尚奥氏体稳定性。
[0030] 优选地，所述冷却方式为油淬、水淬或空冷中的任意一种。所述冷却使钢件得到马 氏体和残余奥氏体的混合复相组织。
[0031] 更优选地，所述油淬是将经等温处理后的钢件迅速淬入室温条件下油浴的淬火油 中，并搅拌至少1分钟时间。
[0032] 更优选地，所述水淬是将经等温处理后的钢件迅速淬入水浴中冷却至室温。
[0033] 更优选地，所述空冷是将经等温处理后的钢件在空气中冷却至室温。
[0034] 4)将经步骤3)处理后的钢件进行深冷处理后，再进行保温处理。
[0035] 优选地，所述深冷处理的时间为1800-10800s (即30min-3h)。
[0036] 优选地，所述深冷处理的温度为-180至-50°C。
[0037] 优选地，所述深冷处理的介质为液氮与酒精混合介质。所述液氮与酒精混合介质 为本领域常规使用的介质。
[0038] 所述深冷处理能够使钢件中的不稳定奥氏体相变，减少内应力。
[0039] 优选地，所述保温处理在盐浴中进行。
[0040] 优选地，所述保温处理的温度为150-250 °C。
[0041] 优选地，所述保温处理的时间为1800-18000S (即30min-5h)。
[0042] 所述保温处理，也称回火热处理，能够使钢件中的马氏体基体中析出弥散细小的 碳化物，并且改善马氏体基体的应力分布，调节残余应力。该变化对钢件的强韧性影响很 大，可根据具体性能要求，确定回火温度和时间提高钢冲击韧性。一般情况下，优化的回火 温度和时间由热电工曲线或电阻测量参数决定，针对不同的钢种，在不同的温度、时间下回 火，观察热电工曲线或电阻变化，从而确定碳化物析出而未长大的最佳温度与时间。本发明 中的上述保温处理优选适用于碳含量为〇. 3~0. 7 %的钢。
[0043] 优选地，所述钢件在保温处理后还要进行水淬处理。
[0044] 更优选地，所述水淬是将经保温处理后的钢件迅速淬入水浴中冷却至室温。
[0045] 优选地，上述油浴中的溶剂为淬火油。
[0046] 优选地，上述盐浴为恒温盐浴。
[0047] 优选地，上述盐浴中的淬火介质为55%硝酸钾和45%亚硝酸钠。所述55%硝酸钾 为占总质量55%的硝酸钾。所述45%亚硝酸盐为占总质量45%的亚硝酸钠。
[0048] 上述室温为20-25 °C。
[0049] 本发明第二方面提供一种提高中厚板高强钢件强韧性的热处理方法在中低碳低 合金中厚板钢中的应用。
[0050] 优选地，所述中低碳低合金中厚板钢为含碳（C)、硅（Si)和铝（Al)元素的合金钢。
[0051] 更优选地，所述中低碳低合金中厚板钢中还含有铌（Nb)、钼（Mo)、镍（Ni)、锰 (Mn)、铬（Cr)、钒（V)等任意一种或多种元素。
[0052] 进一步优选地，所述中低碳低合金中厚板钢，按质量百分比计，包括如下组分：
[0053] 碳 0.3 ~0.7%;
[0054] 硅 0.05 ~2. 5%;
[0055] 铝 0.01-1.0%;
[0056] 铌 0·0-0· 2%;
[0057] 钼 0.0-2. 0%;
[0058] 镍 0.0-4. 0%;
[0059] 锰 0.05-2.0%;
[0060] 铬 0.0-4. 0%;
[0061] 钒 0·0-0· 3% 〇
[0062] 所述中低碳低合金中厚板钢中含硅、铝元素目的是抑制渗碳体析出，让碳能够在 等温处理中由马氏体中快速扩散至奥氏体中；含Nb和Mo元素是为了在碳配分过程或回火 过程中析出弥散共格碳化物，从而在不明显降低钢件的塑性情况下强化组织。Mn元素是强 固溶强化及稳定奥氏体元素，Ni是稳定奥氏体元素。
[0063] 如上所述，本发明是一种提高中厚板高强钢件强韧性的