一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种以珠光体为前驱体制备淬火‑配分钢的热处理方法，属于钢铁热处理技术领域。本发明专利技术通过以珠光体为前驱体，结合快速短时逆奥氏体化，构建了具有层片状非均匀锰元素分布的逆转变奥氏体，并对其进行淬火‑配分处理，协调利用锰配分和碳配分调控残余奥氏体，在保证残余奥氏体较高含量的同时，具有以片层为主的形貌，细化了残余奥氏体的尺寸，提高了残余奥氏体的稳定性，获得了良好的强塑性匹配。最终得到纳米尺度的贫碳贫锰回火马氏体片层(30～200nm)与富碳富锰残余奥氏体片层(10～100nm)相互堆叠的层片结构，以及分布着少量亚微米尺度的块状残余奥氏体；抗拉强度在1600～2000MPa，总延伸率12～26％，强塑积>30GPa·％。

【技术实现步骤摘要】
一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法
本专利技术涉及一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法，属于钢铁热处理

技术介绍
钢铁材料显微组织多样，相变种类丰富，借此可达到良好的强塑性匹配；其冶炼、加工技术成熟，是目前产量、用量最大的金属材料。世界钢铁协会根据研发时间和性能特点，将先进高强钢(AdvancedHighStrengthSteels，AHSS)的发展过程大致分为3代，其中以双相钢、相变诱导塑性钢和热成型马氏体钢为代表的第1代AHSS，强塑积(抗拉强度与总延伸率的乘积)相对较低(10～20GPa·％)，已无法满足发展的需求，而以孪晶诱发塑性钢为代表的第2代AHSS，虽然具有高达50～70GPa·％的强塑积，但较高的合金元素含量大幅提高了其生产成本，因此越来越多的研究学者将目光聚焦于第3代AHSS，它们合金元素含量较低，通过合理的成分与工艺设计，调控亚稳残余奥氏体组织，可实现较高的强塑积(20～40GPa·％)。淬火-配分(QuenchingandPartitioning,Q&P)钢是目前开发较为成熟的第3代AHSS钢，其显微组织主要由马氏体和残余奥氏体组成，马氏体为硬相可提供高强度，残余奥氏体通过相变诱导塑性同时提高强度与塑性。常规淬火-配分钢的热处理工艺分为淬火与配分两个阶段，其中淬火阶段部分奥氏体转变为马氏体，在后续的配分阶段碳元素从马氏体向奥氏体扩散，提高了奥氏体的稳定性，增加了最终组织中的残余奥氏体含量。然而常规淬火配分钢存在一些不足：①较低的配分温度导致置换元素几乎不发生配分，因此置换元素对奥氏体稳定性的贡献非常有限；②当残余奥氏体体积分数较多时，往往会促使残余奥氏体呈粗大块状，导致残余奥氏体稳定性下降，材料塑性降低；③当残余奥氏体形貌以细小片层为主时，残余奥氏体稳定性较高，但是对应的淬火温度往往较低，使得总体残余奥氏体体积分数较少，有害于塑性。因此，协调置换元素元素和碳元素配分来调控残余奥氏体，在保证残余奥氏体较高体积分数的同时，调控残余奥氏体的形貌以片层为主，是进一步优化淬火-配分钢性能的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有常规淬火-配分工艺存在的仅利用碳配分调控残余奥氏体，对置换元素利用不足，无法兼顾残余奥氏体较高体积分数和以片层形貌为主的问题，提供一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法；该方法通过以珠光体作为前驱体，结合快速短时逆奥氏体化和淬火-配分工艺，协调锰元素和碳元素配分来精确调控残余奥氏体的体积分数与形貌，获得良好的综合力学性能。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种以珠光体为前驱体制备的淬火-配分钢，所述钢种化学成分重量百分含量为：C：0.20～0.45wt.％，Mn：2.0～8.0wt.％，Si：1.0～3.0wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质。还可以包括以下元素中的一种或几种：Al：0～1.5wt.％，Cr：0～1.5wt.％，Ni：0～3wt.％，V：0～0.5wt.％，Mo：0～1.0wt.％，Nb：0～0.5wt.％；一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法，包括以下步骤：(1)将轧制后的钢板由室温升温至奥氏体单相区并保温，再从奥氏体单相区冷却至铁素体/渗碳体两相区，在冷却目标温度区间内长时间停留以形成珠光体，然后冷却至室温；(2)将完成珠光体化的钢板由室温快速升温至特定奥氏体单相区；(3)在加热目标温度区间内极短时间停留，最大程度的保留锰元素的不均匀分布；(4)使钢板从奥氏体单相区快速冷却至马氏体开始转变温度与马氏体终了转变温度之间，然后在该温度或加热到更高温度进行保温，最后冷却到室温；所述的步骤(1)中，铁素体/渗碳体两相区温度为500～650℃，保温时间为2～48h，以保证形成95％以上的珠光体；所述的步骤(2)中，快速升温是指钢板的加热速率≥30℃/s，所述特定奥氏体单相区温度为700～800℃；步骤(3)所述极短时间为1～100s；步骤(4)中马氏体开始转变与马氏体终了转变之间的温度为50～250℃；步骤(4)中保温温度为50～450℃，保温时间为1～30min。本专利技术相较常规淬火-配分工艺，创新性的选用珠光体为初始组织，利用原渗碳体片层处富锰、原铁素体片层处贫锰的逆转变奥氏体组织作为淬火-配分工艺的起始组织，可调节淬火后的形貌；之后的配分阶段，碳元素可从马氏体向奥氏体扩散，从而同时协调利用锰元素和碳元素来调控残余奥氏体。首先，通过步骤(1)所述珠光体化过程，实现锰元素从铁素体向渗碳体的配分，构建贫锰铁素体片层(30～200nm)与富锰渗碳体片层(5～40nm)相互堆叠的层片结构；其次，通过步骤(2)～(3)快速加热与短时保温工艺，精细调控珠光体的逆奥氏体化过程，获得原渗碳体片层处富锰、原铁素体片层处贫锰的逆转变奥氏体组织，最大程度的保留锰元素非均匀分布；最后，步骤(4)将逆转变奥氏体快速冷却至马氏体开始转变温度与马氏体终了转变温度之间，生成一定量的马氏体，然后在该温度或加热至较高温度进行保温，实现碳元素从马氏体向奥氏体的配分。有益效果(1)本专利技术同时协调锰元素和碳元素来调控残余奥氏体的体积分数和形貌，兼顾了残余奥氏体较高的体积分数和以片层为主的形貌。通过以珠光体为前驱体结合快速逆奥氏体化过程，构建原渗碳体片层处富锰、原铁素体片层处贫锰的非均匀逆转变奥氏体组织，锰的不均匀分布可调节淬火后的微观形貌，经淬火后的配分阶段碳元素从马氏体向奥氏体的扩散，可进一步提高奥氏体的稳定性，从而实现碳元素和锰元素同时调控残余奥氏体的微观特征；(2)本专利技术通过以珠光体作为前驱体，结合快速加热与短时保温工艺，大幅降低了逆奥氏体化阶段锰元素的长程扩散，保持了原渗碳体奥氏体与原铁素体奥氏体间的较大锰梯度，因此在淬火过程中，可大部分形成片层残余奥氏体与片层马氏体相互堆叠的组织，再经配分阶段碳元素从马氏体向奥氏体的扩散，最终可形成纳米尺度的贫碳贫锰回火马氏体片层(30～200nm)与富碳富锰残余奥氏体片层(10～100nm)相互堆叠的层片组织，以及少量亚微米尺度的块状残余奥氏体。抗拉强度在1600～2000MPa，总延伸率12～26％，强塑积>30GPa·％。本专利技术实现了残余奥氏体在体积分数高达15～45％的同时，具有以片层为主的形貌，既保证了高强度，又大幅度提高了塑性。附图说明图1是本专利技术的热处理工艺路线图；图2是实施例1中步骤1珠光体化处理后样品显微组织的扫描电镜(SEM)图；图3是实施例1中步骤1珠光体化处理后样品显微组织的透射电镜(TEM)明场照片以及透射电镜能谱(TEM-EDS)对白色长方形所示区域锰元素含量的测定结果；图4是实施例1中步骤4淬火-配分处理后样品显微组织的SEM图；图5是实施例1中步骤4淬火-配分处理后样品显微组织的TEM明场照片以及TEM-EDS对白色长方形所示区域锰元素含量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)将轧制后的钢板由室温升温至奥氏体单相区并保温，再从奥氏体单相区冷却至铁素体/渗碳体两相区，在冷却目标温度区间内长时间停留以形成珠光体，然后冷却至室温；/n(2)将完成珠光体化的钢板由室温快速升温至特定奥氏体单相区；/n(3)在加热目标温度区间内极短时间停留，最大程度的保留锰元素的不均匀分布；/n(4)使钢板从奥氏体单相区快速冷却至马氏体开始转变温度与马氏体终了转变温度之间，然后在该温度或加热到更高温度进行保温，最后冷却到室温。/n

【技术特征摘要】
1.一种以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将轧制后的钢板由室温升温至奥氏体单相区并保温，再从奥氏体单相区冷却至铁素体/渗碳体两相区，在冷却目标温度区间内长时间停留以形成珠光体，然后冷却至室温；
(2)将完成珠光体化的钢板由室温快速升温至特定奥氏体单相区；
(3)在加热目标温度区间内极短时间停留，最大程度的保留锰元素的不均匀分布；
(4)使钢板从奥氏体单相区快速冷却至马氏体开始转变温度与马氏体终了转变温度之间，然后在该温度或加热到更高温度进行保温，最后冷却到室温。


2.如权利要求1所述以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，铁素体/渗碳体两相区温度为500～650℃，保温时间为2～48h，以保证形成95％以上的珠光体。


3.权利要求1所述的以珠光体为前驱体制备淬火-配分钢的热处理方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志平，张超，杨德振，程兴旺，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11