[发明专利]一种基于碳配分和两步等温淬火的中碳硅锰低合金钢热处理工艺

说明书

本发明公开了一种基于碳配分和两步等温淬火的中碳硅锰低合金钢热处理工艺，包括：将中碳硅锰低合金钢铸坯锻造成坯料；在坯料上取得试样；将试样奥氏体化处理；对完全奥氏体化后的试样进行一步等温淬火；然后立即进行第二步等温淬火；得到具有细小的贝氏体/马氏体/残余奥氏体复相组织的中碳硅锰低合金钢。本发明一种基于碳配分和两步等温淬火的中碳硅锰低合金钢热处理工艺通过两步等温淬火处理进行块状未转变奥氏体的消除，从而调控产物物相形貌、细化组织，提高性能，通过碳配分有利于保证最终组织中残余奥氏体的体积分数，经热处理后得到细小的贝氏体/马氏体/残余奥氏体的复相组织，具有良好的综合力学性能。

技术领域

本发明属于合金钢热处理技术领域，涉及一种基于碳配分和两步等温淬火的中碳硅锰低合金钢热处理工艺。

背景技术

中碳硅锰低合金钢在汽车、石油、管道及轨道交通等领域有着广泛用途，其中硅元素的添加具有抑制碳化物析出的作用，锰元素的添加具有压低贝氏体和马氏体开始转变温度的作用。随着工业的发展，合金钢构件的使用日益向着轻量化、多用途化方向发展，这对中碳硅锰低合金钢的强度、韧性和塑性提出了更高的要求。

传统工艺中钢材主要通过淬火-回火工艺获得高强度和硬度，但同时牺牲了韧塑性。2003年J.Speer提出了一种淬火-配分工艺(QP工艺)，利用碳从马氏体向残余奥氏体的配分效应，调控组织中残余奥氏体的含量，从而提高合金钢的塑性，获得更高的强塑积。但QP工艺只注重对残余奥氏体量的调控，并未涉及残余奥氏体形貌的调控，QP工艺处理后，合金组织由马氏体和残余奥氏体组成，残余奥氏体有两种形貌，一种是分布在马氏体板条之间的薄膜状残余奥氏体，一种是分布在马氏体束之间的块状残余奥氏体，而这种块状残余奥氏体不利于合金钢韧塑性的提高。

研究表明，在QP工艺碳分配阶段引入贝氏体相变可以降低组织中的块状残余奥氏体含量，提高合金钢的韧塑性。经典贝氏体理论认为贝氏体相变发生在Ms点以上，在Ms点以下通常只会发生马氏体相变，而不会发生贝氏体相变，因此，现有的在QP工艺的碳配分阶段同时引入贝氏体相变的手段采用的淬火温度均在Ms点以上。现有的在QP工艺的碳配分阶段同时引入贝氏体相变的方法还通过延长碳配分等温时间的方法，使部分未转变奥氏体转变为贝氏体铁素体和薄膜状残余奥氏体，但由于这种贝氏体等温淬火温度在经典贝氏体理论的影响下仍然集中在Ms点以上，在此温度下等温获得的贝氏体铁素体板条较为粗大，且由于贝氏体的不完全转变特性，使得合金钢显微组织中仍然存在块状残余奥氏体，对合金钢的韧塑性提高有限。

近年来有研究人员发现在Ms点以下也会发生贝氏体相变，但现有的有关在Ms点以下进行等温淬火处理的贝氏体相变及其力学性能的研究一般将等温淬火温度确定在Ms点以下20℃之内，虽然首先生成的少量低碳马氏体也起到了促进贝氏体形核的作用，但是其主要目的仍然是通过碳扩散，压低剩余未转变奥氏体的Ms点，使得等温温度最终处于剩余未转变奥氏体的Ms点以上，从而在等温过程中获得贝氏体，可见，现有技术的设计思想仍然局限在经典的贝氏体理论基础。

因此，在不调整化学成分以及生产制造工艺的条件下，如何通过简单的热处理工艺来获得中碳硅锰低合金钢强度、韧性和塑性的良好匹配，对促进中碳硅锰低合金钢的发展具有重要意义。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种基于碳配分和两步等温淬火的中碳硅锰低合金钢热处理工艺，通过两步等温淬火处理进行块状未转变奥氏体的消除，从而调控产物物相形貌、细化组织，提高性能，通过碳配分有利于保证最终组织中残余奥氏体的体积分数，经热处理后得到细小的贝氏体/马氏体/残余奥氏体的复相组织，具有良好的综合力学性能，特别是韧性得到了显著的提高，解决了现有技术中在提高中碳硅锰低合金钢力学性能中存在的技术困难、偏见和误区等问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于碳配分和两步等温淬火的中碳硅锰低合金钢热处理工艺，包括以下步骤：

步骤一：将厚度为50mm～60mm的中碳硅锰低合金钢铸坯在950℃～1200℃的温度下锻造成厚度为25mm的坯料；