中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用技术

本发明专利技术涉及中低碳低合金贝氏体钢热处理技术领域，具体提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用。该低温相变高温均碳双级变温复合工艺方法利用在低温发生贝氏体相变得到精细板条贝氏体组织，而在高温发生碳原子均匀化提高未转变奥氏体稳定性，使得钢件获得板条贝氏体、板条马氏体/奥氏体岛屿和薄膜状残余奥氏体复相组织，具有高强度、高韧性好的机械性能匹配。同时，采用高温均碳工艺技术，可在不影响钢件性能条件下，缩短工艺时间，提高生产效率，解决了贝氏体钢工艺时间长的问题。时间长的问题。时间长的问题。

【技术实现步骤摘要】
中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用


[0001]本专利技术涉及中低碳低合金贝氏体钢热处理
，具体提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用。

技术介绍

[0002]矿山机械服役环境复杂且恶劣。以混泥土搅拌叶片和输送混凝土弯管为例，在服役过程中既受到沙石泥土的高速直接磨损，又受到沙石的大力直接冲撞。随着建筑物建设得越来越高，对输送混凝土弯管等矿上机械构件提出了更高的要求。为同时抵抗高速直接磨损和大力直接冲击，制造具有“高强度高韧性”的矿上机械构件一直是追求的目标。热处理技术是获得“高强度高韧性”的矿上机械构件的关键。
[0003]中国专利技术专利申请(申请号202210735380.8)公布了一种含有陶瓷颗粒的耐磨衬板及其制备方法。在钢铁材料中添加陶瓷颗粒，陶瓷颗粒作为“硬相”而钢铁基体作为“韧相”，解决现有耐磨衬板强度和韧性掣肘问题。但是该制备方法在熔炼时需待钢液冷却至一定温度再增加陶瓷颗粒，且钢液在模具内需搅拌，制备工序复杂且操作困难。
[0004]中国专利技术专利申请(申请号202110226740.7)公布了一种搅拌机叶片及搅拌机叶片的制备方法。通过在由低合金结构钢的韧性基体上浇铸高铬铸铁耐磨材料，达到“高强度高韧性”的目的。但是该制备方法需在负压条件下往低合金结构钢上浇铸高铬铸铁耐磨材料，对浇筑工艺及装备提出了极其严苛要求。
[0005]中国专利技术专利(申请号201210077144.8)公布了一种泵车用高分子与贝氏体复合弯管及其制备方法。通过在单一贝氏体弯管外周面热收缩紧固包覆一层高分子层，解决现有贝氏体钢弯管韧性不足的问题。该专利技术需在制备好的弯管后通过物理方法增设高分子层，增加了制造成本，延长了制造工序，降低了生产效率。
[0006]剑桥大学Sir Harry Bhadeshia教授开发了纳米贝氏体钢并获得了应用。高碳低合金钢奥氏体化后在较低的贝氏体转变温度(150℃～400℃)进行长时间(如5～14天)等温处理，获得以纳米贝氏体为主的构件。此种构件具有高强度和高断裂韧性，但是需在贝氏体等温转变温度区间进行长时间(以天计，长达10天)等温处理，降低了生产效率。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的在于提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法。
[0009]本专利技术的第二目的在于提供上述方法得到的中低碳低合金贝氏体钢件。
[0010]本专利技术的第三目的在于提供上述方法或中低碳低合金贝氏体钢件的应用。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术特采用如下技术方案，
[0012]本专利技术提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法，包括以下步骤：
[0013]S1：对钢件实施常规正火处理后，钢体组织为铁素体和珠光体组织。
[0014]S2：在S1后对所述钢件实施双级变温复合热处理，依次包括：
[0015]S2
‑
1：加热保温处理，此时钢件组织由正火处理后的铁素体和珠光体组织全部转为奥氏体组织。
[0016]S2
‑
2：一级控冷处理，在S2
‑
1后对所述钢件冷却至第一低温保温温度T
iso1
(℃)，此时钢件不发生组织转变。
[0017]S2
‑
3：一级低温保温，在S2
‑
2后对所述钢件在第一低温保温温度T
iso1
(℃)保温一段时间t
iso1
(min)，使得钢件形成精细结构的贝氏体铁素体组织。
[0018]S2
‑
4：二级加热处理，在S2
‑
3后对所述钢件加热至第二高温保温温度T
iso2
(℃)，此时钢件不发生组织转变。
[0019]S2
‑
5：二级高温保温，在S2
‑
4后对所述钢件在第二高温保温温度T
iso2
(℃)保温一段时间t
iso2
(min)，使得钢件中碳原子均匀分布在未转变奥氏体组织中。
[0020]S2
‑
6：缓慢冷却处理：在S2
‑
5后对所述钢件缓慢冷却处理，此时钢件在S2
‑
5的未转变的奥氏体部分转变为马氏体。以及
[0021]S3：在S2后对所述钢件实施中低温回火处理。
[0022]本专利技术提供上述双级变温复合热处理方法处理得到的中低碳低合金贝氏体钢件。
[0023]本专利技术提供上述双级变温复合热处理方法或中低碳低合金贝氏体钢件在制造矿山机械中叶片、衬板、弯管中的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的技术效果为：
[0025]本专利技术的双级变温复合热处理方法，采用低温相变高温均碳工艺，在低温发生贝氏体相变得到精细板条贝氏体组织，而在高温发生碳原子均匀化提高未转变奥氏体稳定性，使得钢件获得板条贝氏体、板条马氏体/奥氏体岛屿和薄膜状残余奥氏体复相组织，同时采用高温均碳工艺技术，可在不影响钢件性能条件下，缩短工艺时间，提高生产效率，解决了贝氏体钢工艺时间长的问题。通过以上技术获得的钢件具有高强度、高韧性好的机械性能匹配特性，同时钢件显微组织含有奥氏体和碳化物粒子，阻碍了氢原子的扩散，可以提高其抗氢致延迟断裂能力，防止氢脆，避免突发性事故，具有这种特点的钢件尤其适用于制造如混泥土搅拌叶片或输送混凝土弯管等矿山机械构件。
附图说明
[0026]下面参照附图来进一步说明本专利技术的各个技术特征和它们之间的关系。附图为示例性的，一些技术特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本专利技术所属
中惯用的且对于理解和实现本专利技术并非必不可少的技术特征，或是额外示出了对于理解和实现本专利技术并非必不可少的技术特征，也就是说，附图所示的各个技术特征的组合并不用于限制本专利技术。另外，在本专利技术全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体的附图说明如下：
[0027]图1是中低碳低合金钢件1材料的连续冷却转变曲线，其中，A为奥氏体，B为贝氏体，M为马氏体，F为铁素体，P为珠光体，Ac1为奥氏体开始转变温度，Ac3为奥氏体结束转变温度，Ms为马氏体开始转变温度，Mf为马氏体结束转变温度，下同；
[0028]图2是中低碳低合金钢件1材料的等温转变曲线；
[0029]图3是中低碳低合金钢件2材料的连续冷却转变曲线；
[0030]图4是中低碳低合金钢件2材料的等温转变曲线；
[0031]图5是中低碳低合金钢件3材料的连续冷却转变曲线；
[0032]图6是中低碳低合金钢件3材料的等温转变曲线；
[0033]图7是中低碳低合金钢件4材料的连续冷却转变曲线；
[0034]图8是中低碳低合金钢件4材料的等温转变曲线；
[0035]图9是中低碳低合金贝氏体钢5的连续冷却转变曲线；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对钢件实施常规正火处理后，钢体组织为铁素体和珠光体组织；S2：在S1后对所述钢件实施双级变温复合热处理，依次包括：S2
‑
1：加热保温处理，此时钢件组织由正火处理后的铁素体和珠光体组织全部转为奥氏体组织；S2
‑
2：一级控冷处理，在S2
‑
1后对所述钢件冷却至第一低温保温温度T
iso1
(℃)，此时钢件不发生组织转变；S2
‑
3：一级低温保温，在S2
‑
2后对所述钢件在第一低温保温温度T
iso1
(℃)保温一段时间t
iso1
(min)，使得钢件形成精细结构的贝氏体铁素体组织；S2
‑
4：二级加热处理，在S2
‑
3后对所述钢件加热至第二高温保温温度T
iso2
(℃)，此时钢件不发生组织转变；S2
‑
5：二级高温保温，在S2
‑
4后对所述钢件在第二高温保温温度T
iso2
(℃)保温一段时间t
iso2
(min)，使得钢件中碳原子均匀分布在未转变奥氏体组织中；S2
‑
6：缓慢冷却处理：在S2
‑
5后对所述钢件缓慢冷却处理，此时钢件在S2
‑
5的未转变的奥氏体部分转变为马氏体；以及S3：在S2后对所述钢件实施中低温回火处理。2.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在S2
‑
2中，所述第一低温保温温度T
iso1
为钢件成分的Ms和(Ms+(Bs
‑
Ms)/2)之间的某一温度；其中，Ms＝539
‑
423C
‑
30.4Mn
‑
17.7Ni
‑
12.1Cr
‑
7.5Mo公式1；Bs＝830
‑
270C
‑
90Mn
‑
37Ni
‑
70Cr
‑
83Mo公式2；上式中C、Mn、Ni、Cr、Mo分别为钢件中碳元素、锰元素、镍元素、铬元素和钼元素的质量百分数；优选地，S2
‑
2中，所述冷却的方式为强风风冷或喷雾冷却。3.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在S2
‑
3中，t
iso1
按照如下方式获得：t
iso1
＝t1+(0.5～0.8)
×
L，其中L为钢件的以毫米为单位制的厚度，t1(min)为在T
iso1
保温时钢件完成贝氏体转变对应的时间；优选地，所述第一低温保温时间t
iso1
为30min～180min。4.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在S2
‑
4中，所述第二高温保温温度T
iso2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗平，张文良，李贤君，姜超，谭谆礼，李季，安伟骋，胡凤娇，
申请(专利权)人：中国机械总院集团北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：