提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法与流程

本发明涉及金属材料热处理，尤其涉及一种提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法。

背景技术：

1、航空用承力结构件在服役过程中会承受巨大的载荷，故而要求其基础材料具有超高强度的同时要兼具高的韧性，尤其是断裂韧性，以保证在使用过程中不因外力载荷而失效。高钴镍二次硬化钢因为具有高的强度和断裂韧性匹配，广泛用作航空承力结构件。随着航空事业的发展，对承力结构材料的要求越来越高，所以提高现用材料的强韧性匹配非常有必要。

2、高钴镍二次硬化钢的超高强度和韧性主要是通过淬火-深冷处理-回火来实现的。最典型的高钴镍二次硬化钢aermet100(简称a100，又称23co14ni12cr3moe)，由于回火过程中保证钢的强度与断裂韧性的两个关键因素：m2c合金碳化物的粗化与逆转变奥氏体膜体积分数的匹配温度范围较窄，当回火温度较低(475℃以下)，m2c合金碳化物不粗化，钢的强度高，但是形成的逆转变奥氏体膜的体积分数较少，钢的断裂韧性低；当回火温度较低(485℃以上)，形成的逆转变奥氏体膜的体积分数较多，钢的断裂韧性较高，但是m2c合金碳化物粗化，钢的强度过低。所以提高强度与断裂韧性匹配一直是该高钴镍二次硬化钢的技术难题。现有技术中，提高钢的强韧性最常用的技术思路是减小钢的基体组织晶粒尺寸，其热处理方法是降低淬火温度，或者多次阶梯式淬火，即淬火温度随淬火次数的增加而降低。现有研究表明对高钴镍二次硬化钢aermet100(简称a100，又称23co14ni12cr3moe)断裂韧性起主导/直接作用的基体组织尺寸是马氏体板条尺寸，目前该钢的马氏体板条宽度已达到100nm～200nm的优异水平，因此需要从强韧性匹配的其他影响因素出发，提高其强韧性匹配。此外，在现有技术中，高钴镍二次硬化钢还通过在第一次回火后再增加一次低温回火，析出相不粗化，降低位错密度以提高延伸性，材料延伸率比单独的一次回火后更好但存在强度低的问题。通过淬火处理、两次或三次深冷处理以及回火工艺，提高马氏体不锈钢强度和韧性匹配，但存在技术路线长、操作复杂等问题。

3、因此，现有技术中存在对提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法改进的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，本发明在淬火—深冷处理的基础上明确了高钴镍二次硬化超高强度钢的两次分开回火工序的关键参数的选取方法或控制范围，在实现性能提升的基础上，最大限度的保证工艺效率和可操作性。

2、基于上述目的，本发明实施例的提供了提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，包括以下步骤：

3、将高钴镍二次硬化超高强度钢放入加热炉中进行淬火处理；

4、将淬火处理后的高钴镍二次硬化超高强度钢进行深冷处理；

5、将深冷处理后的高钴镍二次硬化超高强度钢放入高精度回火炉中进行第一次回火处理，在空气中自然冷却至室温并在室温下放置24h以上，再放入高精度回火炉中进行第二次回火处理，两次回火过程的保温相同，总保温时间为6～7h，在空气中自然冷却至室温得到成品钢。

6、在一些实施方式中，第一次回火处理的回火保温温度为482℃，保温时间为3～5h。

7、在一些实施方式中，第二次回火处理的回火保温温度为482℃，保温时间为2～3h。

8、在一些实施方式中，高精度回火炉是炉温控制精度为±3℃的回火炉。

9、在一些实施方式中，淬火处理包括：将高钴镍二次硬化超高强度钢放入炉温885℃的加热炉，待炉温回升至885℃开始计时，保温60±5min，然后以油冷的方式快速降温。

10、在一些实施方式中，深冷处理包括：

11、将淬火处理的高钴镍二次硬化超高强度钢放入控冷柜中降温，当温度降温至-73℃±5℃范围内开始计时，在-73℃±5℃温度范围内保持60±5min，结束后停止降温，待温度回升至-20℃后取出高钴镍二次硬化超高强度钢在空气中回温至室温。

12、在一些实施方式中，将淬火处理的高钴镍二次硬化超高强度钢在两小时内放入控冷柜中并开始降温。

13、在一些实施方式中，降温方式为充液氮。

14、在一些实施方式中，深冷处理的冷却速率为2～5℃/min。

15、本发明另一方面还提供了一种根据如上所述方法制备的典型高钴镍二次硬化超高强度钢，组分及重量百分比含量包括：c：0.21～0.25％、cr：2.90～3.30％、ni：11.00～11.50％、co：13.00～14.00％、mo：1.10～1.30％，其余为fe及不可避免杂质。

16、本发明至少具有以下有益技术效果：

17、本发明在淬火—深冷处理的基础上明确了高钴镍二次硬化超高强度钢的两次分开回火工序的关键参数的选取方法或控制范围，在实现性能提升的基础上，最大限度的保证工艺效率和可操作性。采用一种“淬火—深冷—回火—回火”的热处理方法，制备高钴镍二次硬化超高强度钢。所提供的方法及关键控制工艺既可以保证逆转变奥氏体膜数量(提高断裂韧性)，又能抑制单次长时间回火造成的m2c合金碳化物结构转变而粗化，达到提高强度的目的；并通过第二次回火使马氏体束发生部分重构而细化马氏体束，达到提高钢的断裂韧性的目的。从而有效实现钢的强韧性优异匹配。

技术特征：

1.一种提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，所述第一次回火处理的回火保温温度为482℃，保温时间为3～5h。

3.根据权利要求1所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，所述第二次回火处理的回火保温温度为482℃，保温时间为2～3h。

4.根据权利要求1所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，高精度回火炉是炉温控制精度为±3℃的回火炉。

5.根据权利要求1所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，所述淬火处理包括：将所述高钴镍二次硬化超高强度钢放入炉温885℃的加热炉，待炉温回升至885℃开始计时，保温60±5min，然后以油冷的方式快速降温至室温。

6.根据权利要求1所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，所述深冷处理包括：

7.根据权利要求6所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，将淬火处理的所述高钴镍二次硬化超高强度钢在两小时内放入控冷柜中并开始降温。

8.根据权利要求6所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，所述降温方式为充液氮。

9.根据权利要求6所述的提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，其特征在于，所述深冷处理的冷却速率为2～5℃/min。

10.一种根据如权利要求1～9任一项所述的方法制备的高钴镍二次硬化超高强度钢，其特征在于，组分及重量百分比含量包括：c：0.21～0.25％、cr：2.90～3.30％、ni：11.00～11.50％、co：13.00～14.00％、mo：1.10～1.30％，其余为fe及不可避免杂质。

技术总结
本发明涉及金属材料热处理技术领域，公开了一种提高高钴镍二次硬化超高强度钢强韧性匹配的热处理方法，包括：淬火处理、深冷处理，以及将深冷处理后的高钴镍二次硬化超高强度钢放入高精度回火炉中进行第一次回火处理，在空气中自然冷却至室温并在室温下放置24h以上，再放入高精度回火炉中进行第二次回火处理，两次回火过程的保温相同，总保温时间为6～7h，在空气中自然冷却至室温得到成品钢。通过“淬火—深冷—回火—回火”的热处理方法，既可以提高断裂韧性又能提高强度，从而有效实现钢的强韧性优异匹配，并且在实现性能提升的基础上，最大限度的保证工艺效率和可操作性。

技术研发人员：王洪利,吴铖川,陈文雄,蒋琪
受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20