[发明专利]一种利用碳分配改善含Cr高强钢延韧性的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种利用碳分配改善含Cr超高强钢韧性的工艺方法。

背景技术

为节约能源和原材料、降低能耗及环境保护，世界各国对高强钢的需求日益扩大。而传统调质工艺生产高强钢又因韧性和延韧性较低而备受局限。以往研究表明，残余奥氏体可用来改善淬火钢的韧性。钢件淬火过程碳原子从马氏体向奥氏体分配，但由于淬火温度较低，这种分配对奥氏体的热稳定化非常有限，回火时会发生残余奥氏体的分解和碳化物的析出。因此，淬火过程碳原子由马氏体向残余奥氏体分配以热稳定奥氏体未能引起足够重视。

而近年来，由美国柯州矿校Speer J.G(文献1：Materials Science andEngineering A 438-440(2006)25-34)最新提出的Q&P(Quenching andPartitioning，淬火-碳分配)新工艺，基于碳可在马氏体与残留奥氏体混合组织间再分配规律的重新认识，通过控制室温下富碳残留奥氏体的体积分数来改善钢的性能。该工艺应用在生产汽车用钢板中，性能上具有兼顾高强度和高延展性的优点。因该技术强调了抑制碳化物的析出，因而其应用范围仅限于不含任何碳化物形成元素(如Cr、Mo、Nb、V、Ti)的钢种。我国上海交通大学徐祖耀院士，在其基础上提出碳分配和回火工艺用于生产高强含Mo和Nb(文献2：中国专利申请号200710045886.1)，其原理是利用碳分配原理稳定室温下奥氏体，并充分利用回火时析出碳化物来提高强度，优化了强度和延韧性综合性能。但因Mo和Nb成本的昂贵，使得工业应用受到较大局限。因此，如能开发更廉价合金成分钢的碳分配工艺则备受青睐。基于此，本发明提出一种低成本含Cr钢的碳分配工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用碳分配改善含Cr高强钢延韧性的工艺方法，使其具有高强度的同时，比相同成分用传统调质工艺生产的钢韧性提高15-45％。

一种利用碳分配改善含Cr高强钢延韧性的工艺方法，包括以下的具体步骤：

(1)将钢件加热，加热温度为850-960℃，使其完全奥氏体化；

(2)将钢件急冷至250-350℃，冷却速度25-200℃/s，保温10-1200s；

(3)将钢件迅速加热至360-500℃，加热速度大于40℃/s，保温600-1800s；

(2)将钢件空冷至室温。

上述工艺方法，所述钢件的化学成分按照重量百分比为：C占0.15-0.45％，Si占1.0-2.5％，Mn占0.5-2.5％，Cr占0.2-1.5％，Ni≤5.0％，Mo≤0.40％，Nb≤0.20％，y≤0.15％，Ti≤0.040％，B≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明的基本原理：先加热钢件是其完全奥氏体化，因在钢件中添加了明显提高淬透性的元素，使C曲线右移，抑制冷却过程扩散型相变，避免出现铁素体和珠光体，这样在急冷致250-350℃时即获得马氏体和奥氏体的混合组织；并严格控制碳化物形成元素Cr、Mo等和碳的含量配比，部分碳以游离态间隙原子形式从马氏体向奥氏体分配，增强了奥氏体的热稳定性，以增强钢件的韧性。部分碳以形成碳化物从基体中析出，提高了钢件的强度。

本发明相比同类成分的调质钢，韧性可明显提高15-50％，且经济适用，工艺稳定。

具体实施方式

实施例1

钢件化学成分按重量百分比为C：0.29％，Si：1.8％，Mn：1.54％，Cr：0.7％，Ni：0.8％，Mo：0.25％，Nb：0.04％，Ti：0.012％，B：0.003％。将钢件加热930℃，使其完全奥氏体化；急冷至270℃，冷却速度45℃/s，保温20s；迅速加热至380℃，加热速度60℃/s，保温800s；再空冷至室温。经性能检测，抗拉强度为1420Mpa，冲击功(-20℃)为31J，延伸率为15％。而钢件未处理前(调质钢)抗拉强度1380Mpa，冲击功(-20℃)为22J。

实施例2

钢件化学成分按重量百分比为C：0.29％，Si：1.8％，Mn：1.54％，Cr：0.7％，Ni：0.8％，Mo：0.25％，Nb：0.04％，Ti：0.012％，B：0.003％。将钢件加热930℃，使其完全奥氏体化；急冷至270℃，冷却速度45℃/s，保温20s；迅速加热至460℃，加热速度60℃/s，保温1200s；再空冷至室温。经性能检测，抗拉强度为1360Mpa，冲击功(-20℃)为29J，延伸率为18％。

实施例3