[发明专利]一种无碳化物贝氏体钢组织制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢组织制备的方法，特别是涉及一种无碳化物贝氏体钢组织制备的方法。

背景技术

近年研究人员为改善贝氏体钢的力学性能，使其提高强度又改善塑性和韧性，对钢中贝氏体组织转变和组织形态进行了深入研究，通过改变钢的化学成分和等温热处理工艺，制备出以无碳化物贝氏体组织为主的无碳化物贝氏体钢，这种钢的力学性能明显好于传统的下贝氏体钢。无碳化物贝氏体的组织形态对力学性能影响较大，超细化尤其是纳米尺寸的无碳化物贝氏体可使钢获得高强度和较高韧性，其组织制备的热处理工艺一般是将钢奥氏体化后快速冷却至Ms点（马氏体转变开始温度）稍上温度进行等温转变，但要在这一温度区域获得大量的无碳化物贝氏体需要较长的时间，等温温度越低（即越接近Ms点），获得的无碳化物贝氏体组织越细小，所需的转变时间就越长，往往需要几十小时甚至几周时间，这给无碳化物贝氏体钢的生产带来困难。

专利US6884306B1公开了一种纳米级尺寸的Fe-C-Si-Mn-Cr-Ni-Mo-V无碳化物贝氏体钢，具有高强度和高断裂韧性，其热处理工艺为奥氏体化后在略高于Ms点温度进行1～3周时间的等温处理；CN102112644A提出的纳米级高碳无碳化物贝氏体钢需要长达400小时的等温过程制得，可见无碳化物贝氏体钢存在无碳化物贝氏体等温转变时间过长的缺点。

为加快钢的无碳化物贝氏体等温转变时间，CN102321852B将钢先在过冷奥氏体温区 590～610℃进行50%压下量的压缩变形，然后在稍高于Ms点温度等温保持2.5～3.5h可得到大量50～70nm纳米结构无碳化物贝氏体，该方法可加速得到无碳化物贝氏体，但存在变形不均匀导致其转变不均匀和不利于规模化工业生产的不足。

专利CN104451408B提出可将钢奥氏体化后快速冷却并在250～270℃和280～300℃温度区间交替等温转变3～24小时得到无碳化物贝氏体，该方法是在贝氏体转变区的两个温度区间进行转变，工艺方便，但转变温度区间宽且转变温度高，会使转变的无碳化物贝氏体尺寸大小不均匀，此外利用微弱的热膨胀变化对无碳化物贝氏体转变促进作用有限，对其加速转变及组织细化作用较小。

此外，一些文献提出将钢奥氏体化后通过简单降温转变（非等温转变）来获得无碳化物贝氏体，如CN103160736B、CN104087852B、CN102628144A、CN103397273A，这些方法只能获得少量且尺寸不均匀无碳化物贝氏体及大量其它组织的混合组织，不能有效体现无碳化物贝氏体对力学性能的贡献。

力学性能好的细小均匀的无碳化物贝氏体一般是在接近Ms点稍上温度等温转变获得，但在该温度区的无碳化物贝氏体转变缓慢，如何缩短无碳化物贝氏体的等温转变，并获得以无碳化物贝氏体组织为主的无碳化物贝氏体钢，是重要的研究课题。

本发明提出了一种无碳化物贝氏体钢组织制备的方法，旨在保证无碳化物贝氏体细小均匀及良好力学性能基础上，缩短其转变时间，提高这种钢的生产效率。

发明内容

本发明提供的一种无碳化物贝氏体钢组织制备的方法，是将钢加热完全奥氏体化后，以冷奥氏体不发生分解的冷却速度冷却至Ms点（马氏体转变开始温度）稍下的温度短时间等温，再升温至Ms点稍上的温度进行等温，然后再冷却至Ms点稍下的温度短时间等温后，再升温至Ms点稍上的温度进行等温，如此进行1～3次由Ms点稍下温度短时间等温后升温至Ms点稍上的温度等温的过程，最后再冷却到室温，即可获得以细小均匀无碳化物贝氏体组织为主的无碳化物贝氏体钢。

上述所说的冷却至Ms点稍下的温度是比Ms点低5～20℃的温度。这是利用Ms点稍下较小的变温区间获得少量马氏体，为随后在Ms点稍上温度的无碳化物贝氏体转变提供形核条件。

上述所说的冷却至Ms点稍下的温度短时间等温的时间以保证钢件心部能达到要求温度来确定，不同尺寸（厚度或直径）的钢件所需短时间等温的时间不同，这可通过传热检测或经验公式确定，对小于16mm的钢板来说，所需短时间等温的时间一般不超过10分钟。

上述所说的升温至Ms点稍上的温度是比Ms点高5～20℃的温度，其等温时间为4～15小时。这是利用预先转变的少量马氏体表面作为异质形核界面提高形核率，经测试，当等温转变4～6小时可得到50～70%含量的无碳化物贝氏体，等温转变7～10小时可得到70～90%含量的无碳化物贝氏体，等温转变超过10小时可得到90%以上含量的无碳化物贝氏体。