[发明专利]一种微纳结构贝氏体钢的热处理方法

说明书

本发明涉及一种微纳结构贝氏体钢的热处理方法。其技术方案是：将微纳结构贝氏体钢在Ac3+(20～120)℃条件下奥氏体化，等温时间为0.25～0.75h；然后在Bf+(10～60)℃条件下进行一步低温贝氏体转变，等温时间为1.0～6.0h。再于Ms‑(10～60)℃条件下进行二步低温贝氏体转变，等温时间为4.0～24.0h；或再于Bs+(10～150)℃条件下进行二步碳分配转变，等温时间为0.1～2.0h；最后水淬至室温；或再于‑100～‑196℃条件下进行二步深冷处理转变，等温时间为0.5～4.0h。最后水淬至室温。所述微纳结构贝氏体钢的化学成分中：C为0.20～1.00wt％，Si为0.80～2.00wt％。本发明具有工艺简单、热处理周期短和能细化块状残留奥氏体的特点。

技术领域

本发明属于贝氏体钢技术领域。具体涉及一种微纳结构贝氏体钢的热处理方法。

背景技术

高碳微纳结构贝氏体钢(又称纳米贝氏体钢、低温贝氏体钢、超级贝氏体钢等)，利用高C显著降低贝氏体转变温度(200～300℃)，同时高Si抑制渗碳体的析出，贝氏体完全转变需要很长时间(几天甚至几十天)，得到的残留奥氏体体积分数一般≥20vol％。残留奥氏体有两种形貌，一种是分布在贝氏体铁素体板条之间的薄膜状残留奥氏体，能有效提高韧性；另一种为分布在贝氏体束之间的块状残留奥氏体(约占残留奥氏体50～75vol％)，对韧性贡献较小甚至有害。同时，长时间的等温过程，对碳从贝氏体铁素体到奥氏体的扩散进行控制是非常困难的，造成残留奥氏体含量的不均匀分布，也不利于韧性的提高。

研究表明，可以通过降低碳含量来提高微纳结构贝氏体钢韧性，由于碳含量减少，贝氏体开始转变温度(Bs)和马氏体开始转变温度(Ms)温度点增高，在热处理过程中，贝氏体等温转变得到亚微米级贝氏体铁素体、薄膜状和块状未转变奥氏体；块状未转变奥氏体在随后的淬火过程转变为块状马氏体组织，这种碳过饱和的马氏体不利于韧性的提高。同时，贝氏体钢可以通过两步或多步低温贝氏体转变工艺，未转变块状奥氏体可以进一步转变为贝氏体铁素体，块状残留奥氏体基本可以消除，以减少块状未转变奥氏体来避免淬火马氏体形成，进一步提高韧性。

现有的多步贝氏体转变方面的专利技术基本都是多工序，生产工艺复杂。

“一种超高强度高韧性多步等温贝氏体钢及其制备方法”(CN103555896A)，具体工艺为：①850～1100℃条件下奥氏体化0.2～5.0小时；②第一步在250～450℃等温0.2～3.0小时；③第二步在220～350℃等温2～50小时；④第三步在l80～250℃等温24～240小时；⑤第四步在150～220℃等温50～360小时，采用两步、三步或者四步贝氏体长时间等温，贝氏体等温转变时间非常长。

“一种高韧性中高碳超细贝氏体钢的制备方法”(CN106521350A)，具体工艺为：①850～910℃加热，0.2～1.0小时均热；②以10～20℃/s的降温速率降至450～600℃；③进行单道次或双道次轧制变形，每道次变形量为15～19％，总变形量为15～33％；④终轧温度为400～520℃，得到变形后的钢料；将变形后的钢料进行两步等温：⑤第一步在300～340℃条件下保温0.1～1.0小时；⑥第二步在220～270℃条件保温1～4小时，然后空冷至室温，制造工艺采用高温扩散退火中温变形工艺分级等温贝氏体热处理。

“超高强度高韧性无碳化物贝氏体耐磨钢板及其制备方法”(CN106544591A)，具体工艺为：①加热到900～950℃奥氏体化1～3h；②以80～100℃/min冷却到400℃等温2～5min；③以5～10℃/min冷却到Ms温度等温2～5min；④以10～20℃/min冷却到室温；⑤加热到100～200℃等温0.5～1.0h；继续加热到260～290℃等温2～3h。该制备方法采用贝氏体等温Ms温度等温冷却室温回火奥氏体稳定化处理。

现有的碳分配转变方面专利技术基本都在原有的工艺基础上加一道碳分配工艺，使碳从马氏体或者贝氏体中扩散到奥氏体，形成富碳奥氏体，在冷却过程中奥氏体继续转变为马氏体，热处理工序多，生产工艺复杂。