一种无碳化物贝/马复相钢的BQ＆P热处理工艺的制作方法

本发明涉及低合金高强钢热处理领域。更具体地，涉及一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺。

背景技术：

轨道交通、建筑、机械和能源等领域都需要大量的低合金高强钢，并要求低合金高强钢在保持高强度的同时可以获得足够的延伸率和冲击韧性。但是经过常规的热处理，钢的韧性和塑性随着强度的增加而降低。美国的J.Speer教授提出了Q&P工艺，将钢件经奥氏体化后，淬火至马氏体转变开始温度(Ms)与马氏体转变结束温度(M_f)之间，得到未转变的奥氏体和马氏体，再加热至某一温度进行分配处理，促使碳从过饱和的马氏体中扩散至奥氏体中，稳定奥氏体组织(J.Speer et al.Acta Materialia 51(2003)2611-2622)。徐祖耀院士提出的Q-P-T工艺，在马氏体和奥氏体组织中引入纳米析出物，进一步改善钢的强度(徐祖耀，金属热处理，34(2009)1-8)。在此基础上，相关的发明专利包括：低合金超高强度复相钢及其热处理方法(公开号：101225499)，一种高强韧性复相钢及其热处理方法(公开号：103045941A)和一种贝氏体/马氏体/奥氏体复相高强钢的制备方法(公开号：103243275A)。但是以上文献和专利都是为了获得足够的强度，将钢件经奥氏体化后，直接淬火或者冷却至马氏体转变开始温度(M_s)与马氏体转变结束温度(M_f)之间，都没有涉及到将钢件经奥氏体化后，控制冷却至贝氏体转变开始温度(B_s)与马氏体转变结束温度(M_f)之间。由于马氏体转变开始温度较低，而且奥氏体向马氏体转变会造成体积膨胀。因此将钢件直接淬火至马氏体转变开始温度(M_s)之下，容易引起钢件残余应力过大，造成淬裂等问题。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种无碳化物贝/马复相钢的热处理工艺，采用BQ处理和P处理结合，首先采用两个阶段控制冷却，将奥氏体化后的钢件冷却至贝氏体转变开始温度(B_s)及贝氏体转变开始温度(B_s)与马氏体转变结束温度(M_f)之间，然后采用控制加热，加热至某一温度进行 P处理，促进碳从无碳化物贝氏体铁素体和马氏体中向奥氏体中分配。避免了将奥氏体化后的钢件直接淬火至马氏体转变开始温度(M_s)与马氏体转变结束温度(M_f)之间，带来的钢件淬裂等问题；而且采用控制加热使钢件P阶段的温度均匀，可避免加热过程中的钢件开裂。最终改善了钢件的塑性和韧性。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、锻造或轧制成无碳化物贝/马复相钢，所述无碳化物贝/马复相钢包含的组分及质量百分比为：

C：0.06～0.75wt％；Si：0.3～2.0wt％；Al：0.01～1.5wt％；Mn：1.6～3.6wt％；

Mo：0.1～0.6wt％；Cr：0.1～1.5wt％；Ni：0～1.0wt％；Co：0～1.0wt％；

Cu：0～0.8wt％；W：0～1.2wt.％；Ti：0～0.05wt％；Nb：0～0.12wt.％；

V：0～0.22wt％；P：0.001～0.01wt％；S：0.001～0.015wt％；其余为Fe；

2)将步骤1)得到的无碳化物贝/马复相钢加热或冷却至800～1200℃；

3)BQ处理：将无碳化物贝/马复相钢控制冷却至贝氏体转变开始温度与马氏体转变结束温度之间；

4)P处理：将无碳化物贝/马复相钢控制加热至200～500℃，保温0.1～72h，再冷却至室温。

优选地，步骤2)中，加热或冷却至800～1200℃，得到的显微组织是奥氏体或铁素体和奥氏体。

优选地，步骤3)中，所述控制冷却分为两个阶段：第1阶段以0.5～50℃/秒的冷却速度冷却至贝氏体转变开始温度；第2阶段以0.1～5℃/秒的冷却速度冷却至贝氏体转变开始温度与马氏体转变结束温度之间。

优选地，所述贝氏体转变开始温度为210～615℃；所述马氏体转变结束温度为-175～225℃。

优选地，步骤3)中，冷却后得到的的显微组织是未转变的奥氏体、无碳化物贝氏体和马氏体组织或者是未转变的奥氏体、铁素体、无碳化物贝氏体和马氏体组织。

优选地，步骤4)中，所述控制加热是以10-100℃/分钟加热至200～500℃。

本发明的有益效果如下：

1.本发明无碳化物贝/马复相钢以C-Mn-Si为主要合金组分，合金成本低，同时添加0.10～0.6wt％的Mo和控制P的含量为0.001-0.01wt％，可避免 钢件出现沿晶断裂，进而改善钢件的韧性；采用Al、Co促进贝氏体转变，节省处理时间，节约能源。

2.BQ处理不同于传统的Q&P工艺将钢件淬火至马氏体转变开始温度(M_s)和马氏体转变结束温度(M_f)之间，而是将钢件控制冷却至贝氏体转变开始温度(B_s)与马氏体转变结束温度(M_f)之间。BQ处理采用两个阶段的控制冷却，第1阶段以0.5～50℃/秒的冷却速度冷却至贝氏体转变开始温度(B_s)，第2阶段以0.1～5℃/秒的冷却速度冷却至贝氏体转变开始温度(B_s)与马氏体转变结束温度(M_f)之间。其中第1阶段冷却过程中没有发生相变，采用比第2阶段较快的冷速可以提高生产效率，但是如果冷速过大，会造成热应力过大引起钢件变形的问题，因此第1阶段采用0.5～50℃/秒的冷却速度即提高了生产效率，又避免了钢件变形。第2阶段发生贝氏体转变和马氏体转变，采用比第1阶段较慢的冷速可以避免相变应力过大造成钢件开裂，同时有利于钢件温度均匀化，但是如果冷却速度过慢，会造成生产效率低下，因此第2阶段采用0.1～5℃/秒的冷却速度即可以避免钢件的开裂，又保证了生产效率。

3.P处理采用控制加热，加热速度为10～100℃/分钟，可使无碳化物贝/马复相钢P阶段的温度均匀，可避免加热过程中的钢件开裂。

4.应用本发明得到的无碳化物贝/马复相钢可以达到抗拉强度800-2500MPa，屈服强度600-2000MPa，延伸率10-40％，冲击值A_KV20-300J/cm²，综合性能高于常规的低合金高强钢，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出无碳化物贝/马复相钢的热处理工艺的示意图。

图2示出实施例1的无碳化物贝/马复相组织。

图3示出实施例4的无碳化物贝/马复相组织。

图4示出实施例8的无碳化物贝/马复相组织。

图5示出实施例11的无碳化物贝/马复相组织。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员 应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

表1各种无碳化物贝/马复相钢的合金组分及质量百分比

各实施例中无碳化物贝/马复相钢合金组分含量如表1所示，其余为铁。

表2各实施例中无碳化物贝/马复相钢的贝氏体转变开始温度(B_s)和马氏体转变结束温度(M_f)

实施例1

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、轧制成10-20mm厚的无碳化物贝/马复相钢板；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢板经冶炼、铸造、轧制后冷却至900℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢板以50℃/秒的冷却速度冷却至615℃，然后再以5℃/秒的冷却速度冷却至450℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相钢板以50℃/分钟加热至500℃，保温0.1小时，之后再冷却至室温。

实施例2

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、轧制成20-60mm厚的无碳化物贝/马复相钢板；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢板经冶炼、铸造、轧制后冷却至800℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢板以20℃/秒的冷却速度冷却至420℃，然后再以1℃/秒的冷却速度冷却至400℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相钢板以10℃/分钟加热至450℃，保温0.5小时，之后再冷却至室温。

实施例3

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、轧制成直径为600-900m的无碳化物 贝/马复相车轮；

2)将上述无碳化物贝/马复相车轮加热至950℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相车轮以10℃/秒的冷却速度冷却至516℃，然后再以2℃/秒的冷却速度冷却至280℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相车轮以100℃/分钟加热至300℃，保温12小时，之后再冷却至室温。

实施例4

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、轧制成直径为800-1200m的无碳化物贝/马复相车轮；

2)将上述无碳化物贝/马复相车轮加热至930℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相车轮以10℃/秒的冷却速度冷却至505℃，然后再以1℃/秒的冷却速度冷却至250℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相车轮以50℃/分钟加热至300℃，保温24小时，之后再冷却至室温。

实施例5

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、轧制成无碳化物贝/马复相钢轨；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢轨经冶炼、铸造、轧制后冷却至950℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢轨以1℃/秒的冷却速度冷却至420℃，然后再以0.5℃/秒的冷却速度冷却至325℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相钢轨以10℃/分钟加热至350℃，保温0.3小时，之后再冷却至室温。

实施例6

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、轧制成无碳化物贝/马复相钢筋；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢筋经冶炼、铸造、轧制后冷却至1000℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢筋以0.5℃/秒的冷却速度冷却至420℃，然后再以0.2℃/秒的冷却速度冷却至100℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相钢筋以10℃/分钟加热至250℃， 保温72小时，之后再冷却至室温。

实施例7

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造成无碳化物贝/马复相耐磨钢管；

2)将上述无碳化物贝/马复相耐磨钢管加热至1000℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相耐磨钢管以1℃/秒的冷却速度冷却至322℃，然后再以0.1℃/秒的冷却速度冷却至200℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相耐磨钢管以10℃/分钟加热至280℃，保温72小时，之后再冷却至室温。

实施例8

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、锻造、轧制成无碳化物贝/马复相钢板簧；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢板簧加热至950℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢板簧以2℃/秒的冷却速度冷却至360℃，然后再以0.1℃/秒的冷却速度冷却至200℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相钢板簧以10℃/分钟加热至360℃，保温2小时，之后再冷却至室温。

实施例9

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、锻造、轧制成无碳化物贝/马复相耐磨钢板；

2)将上述无碳化物贝/马复相耐磨钢板加热至1050℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相耐磨钢板以1℃/秒的冷却速度冷却至360℃，然后再以0.1℃/秒的冷却速度冷却至20℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相耐磨钢板以20℃/分钟加热至280℃，保温48小时，之后再冷却至室温。

实施例10

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、锻造、轧制成无碳化物贝/马复相钢扣件；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢扣件加热至1100℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢扣件以5℃/秒的冷却速度冷却至320℃，然后再以0.1℃/秒的冷却速度冷却至150℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复钢扣件以20℃/分钟加热至280℃，保温36小时，之后再冷却至室温。

实施例11

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、锻造、轧制成无碳化物贝/马复相钢轴承；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢轴承加热至900℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢轴承以1℃/秒的冷却速度冷却至254℃，然后再以0.1℃/秒的冷却速度冷却至-100℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复钢轴承以10℃/分钟加热至280℃，保温4小时，之后再冷却至室温。

实施例12

一种无碳化物贝/马复相钢的BQ&P热处理工艺，包括如下步骤：

1)采用常规炼钢工艺冶炼、铸造、锻造、轧制成无碳化物贝/马复相钢轴承；

2)将上述无碳化物贝/马复相钢轴承加热至900℃进行奥氏体化；

3)BQ处理：将上述无碳化物贝/马复相钢轴承以0.5℃/秒的冷却速度冷却至210℃，然后再以0.1℃/秒的冷却速度冷却至-150℃；

4)P处理：将上述无碳化物贝/马复相钢轴承以10℃/分钟加热至250℃，保温24小时，之后再冷却至室温。

通过万能拉伸试验机和冲击试验机，采用标准拉伸试样和冲击试样，以GB/T 228.1-2010和GB/T 229-2007国家标准的规定试样条件及取样位置，分别测定了各实施例试样的力学性能，性能范围如表3所示。

表3各实施例无碳化物贝/马复相钢经BQ&P处理后的力学性能

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。