[发明专利]利用混合硬化对马氏体钢进行的低温处理

说明书

技术领域

本发明涉及马氏体钢的制造方法，马氏体钢包括其它金属含量从而使得钢可以由金属间化合物和碳化物析出而得到硬化，其中，Al含量在0.4％和3％之间，马氏体相变温度Mf在0℃以下，该热处理方法包括如下步骤：

(a)将钢整体加热到奥氏体化温度AC3以上；

(b)将所述钢冷却至大约环境温度；

(c)将所述钢放入任意低温介质中。

背景技术

对于特定应用，尤其是涡轮机传动轴，需要使用直至400℃都具有非常高机械强度(屈服强度和断裂负荷)且同时对脆性断裂(高刚性和韧性)具有良好抗性的钢。这些钢具有良好的疲劳行为。

在文献FR 2,885,142中如下地给出了对这种钢的组分(重量百分比)的描述：0.18至0.3％的C、5至7％的Co、2至5％的Cr、1至2％的Al、1至4％的Mo+W/2、微量至0.3％的V、微量至0.1％的Nb、微量至50ppm的B、10.5至15％的Ni其中Ni≥7+3.5Al、微量至0.4％的Si、微量至0.4％的Mn、微量至500ppm的Ca、微量至500ppm的稀土、微量至500ppm的Ti、微量至50ppm的O(熔融金属的产物)或者微量至200ppm的O(粉末冶金的产物)、微量至100ppm的N、微量至50ppm的S、微量至1％的Cu、微量至200ppm的P，其余为Fe。

这种钢具有非常高的机械强度(断裂负荷在2000至2500Mpa之间)，同时还具有非常良好的弹性(180·10³J/m²)和韧度以及良好的疲劳行为。

这些机械特征由于钢所经受的热处理而获得。具体地说，钢经历如下处理：加热钢并将其保持在奥氏体化温度AC3以上直至其温度大致均质为止，然后将钢冷却至大约环境温度，接着将钢放置在并保持在低温封闭物中。“低温”指的是0℃以下的温度。

将这种钢放置到低温封闭物中的目的是为了使钢中的剩余奥氏体含量最少，即为了将奥氏体最大地转变成钢中的马氏体。事实上，钢的机械强度特性与其奥氏体含量相反地增大。对于本发明所涵盖的钢，马氏体相变温度Mf包括在根据热动平衡条件下所估算的-30℃和-40℃之间。为了保证奥氏体最大地转变成马氏体，通常认为低温封闭物中的温度必须稍微低于马氏体相变温度Mf。从而，考虑到奥氏体转变成马氏体的固有性质，允许的是低温封闭物中的温度必须低于-40℃并且在钢的温度最高的部分到达该温度时会发生最大地转变成马氏体的情况。然后从低温封闭物中移除钢。

然而，对经过这种低温处理的该钢进行的机械硬度和张力测试的结果表明钢的机械特性具有大的分散性，这是一种不理想的状况。此外，这些结果在低温处理参数方面不遵循正态统计规律，相反地，这些结果根据热处理条件而基于多个正态规律的总合分布，尤其在放入低温介质时。这种传递行为还增强了计算出的分散性(当一个覆盖同一族中的所有这些结果时)并降低了平均值。于是更进一步降低了规格曲线的最小值(根据小于平均值三个标准偏差计算得到)。

发明内容

本发明旨在解决这些缺陷。

本发明的目的在于提出可以降低机械特性分散性的这种类型钢处理方法，产生遵循正态统计定律的分散性并且平均地提高这些机械特性。

由于以下事实而实现了本发明的目的：温度T₁基本上低于马氏体相变温度Mf，并且从钢的温度最高的部分达到低于马氏体相变温度Mf的温度时在温度T₁将所述钢保持在所述低温介质中的时间t至少等于非零的时间t₁。

由于这些条件，放入低温介质中的钢中的可能转变成马氏体的所有奥氏体发生最大转变。最大转变意味着钢中的残余奥氏体含量在所有钢中最小。由于奥氏体含量在所有钢中是均质的，因此降低了机械特性值的分散性。此外，这些值平均地增大，这是因为钢中的奥氏体含量最小。

例如，温度T₁(以℃表示，公差为±5℃)和时间t₁(以小时表示，公差为±5％)基本上以如下等式联系起来

T₁＝f(t₁)，

其中，

f(t)＝57.666×(1-1/(t^0.3-0.14)^1.5)-97.389。

有利地，在步骤(b)的冷却过程中，当部件的表面温度达到温度80℃之后，将所述钢放入所述低温介质中小于70小时。