中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法
【专利摘要】一种中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法，意在解决传统等温热处理工艺在回火温度低于等温淬火温度时，屈服强度显著偏低，不能满足某些关键零部件性能需求。方法：将中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化处理，之后在马氏体转变温度MS以上5℃～60℃进行等温油淬或等温气淬并保温120～180min，再在高于等温淬火温度10℃～60℃以上回火30～150min，即完成。经本发明方法处理后，中碳硅锰铬镍系低合金钢的抗拉强度达到1590MPa～1980MPa，屈服强度达到1350MPa～1770MPa，延伸率为14％～25％。
【专利说明】中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法。
【背景技术】
[0002] 中碳娃猛铬镍系低合金钢是低合金高强钢，其含碳量一般在0. 25-0. 5%之间，合 金元素总含量不高于5%，其中Cr、Ni和Mn元素具有提高钢的淬透性的作用；Mo和V元素 的添加，能够起到细化晶粒，改善钢的显微组织的作用，并可以提高钢的回火能力。因其强 度高，中碳硅锰铬镍系低合金钢已经应用于飞机起落架、火箭壳体材料和发动机泵十字轴。 随着航空航天技术的发展，对中碳硅锰铬镍系低合金钢的综合强度、韧性也提出了越来越 高的要求。
[0003] 对于中碳硅锰铬镍系低合金钢，传统的贝氏体等温热处理工艺为：贝氏体等温淬 火后，在等温淬火温度以下进行一次回火。但是，这种传统的工艺在应用于某飞行器发动机 十字轴时，多批次产品性能不合格，低于〇 b彡1570MPa、σ 〇. 2彡1285MPa、δ 5彡9%的性 能指标，不能满足关键零部件高强韧性要求，严重阻碍了飞行器制造进度。为此开发了一种 新的贝氏体等温热处理工艺，在保证该系列钢拉伸强度和塑性指标的同时，显著提高钢的 屈服强度，达到强韧性兼得，拓宽中碳硅锰铬镍系低合金钢的适用范围。
【发明内容】
[0004] 本发明是要解决现有贝氏体等温热处理工艺中的技术偏见，提供了一种中碳硅锰 铬镍系低合金钢的贝氏体等温热处理新方法，使其具备良好的强韧性，达到良好的综合力 学性能。
[0005] 本发明公开了一种中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，是通过以下 步骤实现的：
[0006] 步骤1)对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行奥氏体化处理；
[0007] 步骤2)在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上的温度下进行等 温淬火与保温；
[0008] 步骤3)将步骤2)处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在高于等温淬火温度以上进 行回火与保温。
[0009] 本发明所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢包括40SiMnCrNiMoV钢，37SiMnCrNiMoV 钢，30Si2MnCrMoVE 钢或 35SiMnCrMoVA 钢。
[0010] 本发明所述步骤1)中奥氏体化温度为中碳硅锰铬镍系低合金钢的Ae3以上30°C? 50°C，保温时间为10?30min，其中A e3为加热时铁素体全部转变为奥氏体时的终了温度。
[0011] 本发明所述步骤2)中在马氏体转变开始点Ms以上5°C?60°C对中碳硅锰铬镍系 低合金钢进行等温淬火。
[0012] 本发明所述步骤2)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行等温淬火的保温时间为 90 ?240min。
[0013] 本发明所述步骤3)中在等温淬火温度以上5°C?85°C对中碳硅锰铬镍系低合金 钢进行回火。
[0014] 本发明所述步骤3)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行回火的保温时间为10? 200min。
[0015] 本发明所述步骤2)中等温淬火方式为等温油淬或等温气淬。
[0016] 本发明中，针对某一特定的中碳硅锰铬镍系低合金钢，Ms是固定值，且本领域技术 人员根据公知常识很简单的就能够获得某中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变点Ms。
[0017] 与传统淬火回火工艺不同，本发明公开的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热 处理方法，首先对中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化，在中碳硅锰铬镍系低合金钢的贝氏 体转变温度区间内进行等温淬火，得到大量贝氏体和极少量未转变奥氏体；在高于淬火温 度的温度下回火，产生逆转变奥氏体；在冷却时，部分奥氏体分解，碳化物析出，形成具有纳 米级无碳化物贝氏体和残余奥氏体及少量细小碳化物的复相组织，最终的富碳奥氏体含量 在3%?10%之间。相对于传统淬火回火工艺，本发明的贝氏体等温热处理工艺使得中碳 硅锰铬镍系低合金钢在保持高抗拉强度和良好塑韧性的情况下，明显提高屈服强度。
[0018] 经本发明的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法处理后的中碳硅锰 铬镍系低合金钢的抗拉强度达到1590MPa?1980MPa，屈服强度达到1350MPa?1770MPa， 延伸率为14%?25%。相比传统热处理工艺，本发明在保证该系列钢种具备高拉伸强度和 塑性的同时显著提高了屈服强度，使得综合力学性能显著提高。同时，该系列钢种不同的 含碳量，获得不同的高强度、高韧性与优良的应力腐蚀抗力的配合，从而满足不同的性能需 求。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的金相照片；
[0020] 图2为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的XRD图谱；
[0021] 图3为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的EBSD照片；
[0022] 图4为试验2处理后40SiMnCrNiMoV钢的TEM照片。
【具体实施方式】
[0023] 为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本 发明做进一步详细说明。
[0024] 实施例1 :
[0025] 将40SiMnCrNiM〇V系列中碳硅锰铬镍系低合金钢进行贝氏体等温热处理，是通过 以下步骤实现的：
[0026] 步骤1)将中碳硅锰铬镍系低合金钢奥氏体化处理。所述的奥氏体化温度为中碳 硅锰铬镍系低合金钢的A e3以上30°C?50°C，保温时间为IOmin?30min，其中Ae3为加热 时铁素体全部转变为奥氏体时的终了温度；
[0027] 步骤2)在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上5°C?60°C的温 度进行等温淬火，保温时间120?180min ;
[0028] 步骤3)将步骤2)处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在高于等温淬火温度以上 10°C?60°C回火，保温时间30?150min。
[0029] 对于某一特定的中碳娃猛铬镍系低合金钢，马氏体转变点Ms是固定的。
[0030] 本实施例适用钢种的成分如表1所示（质量百分比Wt. % ):
[0031] 表1实施例1中热处理方法适用钢种的成分（质量百分比Wt. % )
[0032]
【权利要求】
1. 一种中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特征在于此等温热处理方 法是通过以下步骤实现的： 步骤1)对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行奥氏体化处理； 步骤2)在中碳硅锰铬镍系低合金钢的马氏体转变开始点Ms以上的温度进行等温淬火 与保温； 步骤3)将经过步骤2)处理后的中碳硅锰铬镍系低合金钢在高于等温淬火温度以上进 行回火与保温。
2. 根据权利要求1所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特征在 于：所述步骤1)中奥氏体化温度为中碳硅锰铬镍系低合金钢的A e3以上30°C?50°C，保温 时间为10?30min，其中Ae3为加热时铁素体全部转变为奥氏体时的终了温度。
3. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特 征在于：所述步骤1)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢在850°C?900°C的温度下保温15? 20min完成奥氏体化处理。
4. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特 征在于：所述步骤2)中在马氏体转变开始点Ms以上5°C?60°C对中碳硅锰铬镍系低合金 钢进行等温淬火。
5. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其 特征在于：所述步骤2)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行等温淬火的保温时间为90? 240min〇
6. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其 特征在于：所述步骤2)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行等温淬火的保温时间为120? 180min〇
7. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特 征在于：所述步骤3)中在等温淬火温度以上5°C?85°C对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行回 火。
8. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特 征在于：所述步骤3)中在等温淬火温度以上10°C?60°C对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行 回火。
9. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其特 征在于：所述步骤3)中对中碳硅锰铬镍系低合金钢进行回火的保温时间为10?200min。
10. 根据权利要求1或2所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢贝氏体等温热处理方法，其 特征在于：所述的中碳硅锰铬镍系低合金钢包括40SiMnCrNiMoV钢，37SiMnCrNiMoV钢， 30Si2MnCrMoVE 钢或 35SiMnCrMoVA 钢。
【文档编号】C21D1/22GK104294014SQ201310301510
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】孙秀京, 朱景川, 叶茂, 来忠红, 王淑青, 崔玉玲, 王月, 肖抓, 王慧, 田堂振, 白文勇 申请人:首都航天机械公司, 哈尔滨工业大学, 中国运载火箭技术研究院