[发明专利]含抑制碳化物形成元素钢的分级淬火-分配热处理工艺

说明书

技术领域：

本发明属于金属材料热处理技术领域，涉及一种新热处理工艺-分级淬火-分配工艺，可用于对工业生产用含硅、铝(甚至磷)等含抑制碳化物形成元素的钢进行热处理。

背景技术：

淬火和回火工艺是马氏体钢的传统热处理工艺。淬火形成强度较高的马氏体，回火则消除应力，自马氏体内析出碳化物以及分解残余奥氏体。以往的一些工作揭示：利用残余奥氏体可以增强材料的塑性；在淬火过程中，马氏体条间的残余奥氏体会增碳(碳由马氏体条向条间奥氏体分配)；含Si钢中贝氏体相变时碳会向奥氏体扩散。但是，一般由于淬火温度较低，以及回火时显著呈现其他相变，如碳化物析出，对碳由马氏体向残余奥氏体分配以稳定奥氏体未给予重视。美国柯州矿院Speer等将高硅、铝甚至磷的钢淬火至淬火开始温度(M_s)至淬火终了温度(M_f)间一定温度，保温一段时间，使碳由马氏体分配至残余奥氏体，以稳定残余奥氏体，提高钢的塑性和韧性，称为马氏体型钢热处理的新工艺-淬火与分配工艺(quenching and partitioning process，“Q-P”工艺)。和淬火-回火的传统工艺不同，Q-P工艺为稳定残余奥氏体，应用钢中Si、Al(甚至P)等元素以阻碍Fe₃C的析出，使碳自马氏体分配到奥氏体，奥氏体因富碳，在再次冷却时不会转变为马氏体，为高强度钢兼具韧性提供新的有效工艺。文献1(徐祖耀.用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺.热处理，2008，23(2)：1-5)和文献2(徐祖耀.淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺浅介.金属热处理，2009，16(34)：1-8)，在Q-P工艺基础上，提出的新的热处理方法：淬火-分配-回火工艺。以Q-P-T工艺对超高强度钢进行处理，取得了初步的成效。

发明内容：

本发明的目的是利用含硅、铝，甚至磷等抑制碳化物形成元素钢的分级淬火分配工艺，保证工件或钢材硬度、强度、耐磨性的同时，大幅度提高钢的韧性及强韧性配合，从而达到大大提高其使用寿命，扩大其应用范围的目的。

本发明提出的含抑制碳化物形成元素钢的分级淬火-分配热处理工艺，其特征在于，将含抑制碳化物形成元素钢加热到奥氏体化温度；然后依次进行N次淬火-分配，N为大于等于2的自然数；淬火温度分别为QT1、QT2......QTN，其满足M_s＞QT1＞QT2＞...QTN＞M_f，M_s为淬火开始温度，M_f为淬火终了温度，分配温度分别为：PT1、PT2......PTN，分配温度范围满足M_f+30℃～M_s+200℃，分配时间小于完全分配时间；所述每一次淬火，部分奥氏体形成马氏体，紧随淬火的每一次分配，碳从形成的马氏体向附近的未转变奥氏体分配，使得被分配碳的奥氏体碳含量大于原始的奥氏体；经过N次淬火-分配后，含抑制碳化物形成元素钢微观组织结构为：以低碳马氏体为主，细小块状的高碳马氏体为增强相，大量分布合理的残余奥氏体为增韧相。

含抑制碳化物形成元素钢的二级淬火-分配热处理工艺，其特征在于，含有以下步骤：

1)将含抑制碳化物形成元素钢加热到奥氏体化温度A_c3～A_c3+100℃，等温3～60min；

2)进行第一次淬火，第一次淬火温度QT1为M_f+80℃～M_s-5℃，保温时间为2～60s，形成一次马氏体；

3)进行第一次分配，第一次分配温度PT1为QT1～M_s+200℃，保温时间为1～30000s，使碳从一次马氏体向边缘的残余奥氏体分配，使得边缘奥氏体获得稳定结构；

4)进行第二次淬火，第二次淬火温度QT2为M_f+30℃～M_s-80℃，保温时间为2～60s，部分残余奥氏体形成二次马氏体；

5)进行第二次分配，第二次分配温度PT2为QT2～M_s+200℃，保温时间为1～30000s，使碳从马氏体向未转变的奥氏体分配，使得该部分奥氏体获得稳定结构；

6)将第5步形成的产物置于水中淬火至室温，得到钢的微观组织结构以低碳马氏体为主，细小块状的高碳马氏体为增强相，大量分布合理的残余奥氏体为增韧相。

上述将含抑制碳化物形成元素钢加热到奥氏体化温度，是在电炉中进行，淬火和分配步骤是在盐浴炉中进行。