[发明专利]一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺

说明书

本发明提供一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺，包括以下步骤：1）将钢工件加热使其奥氏体化，同步进行表面脱碳，用以在钢工件表层形成脱碳层；2）将钢工件再淬入盐浴介质中进行保温，用以在钢工件的基体形成贝氏体组织、在钢工件的脱碳层形成由马氏体、贝氏体及奥氏体组成的复相组织；3）结束保温，将钢工件进行水淬。本发明进一步提供上述脱碳工艺在改善纳米贝氏体钢的表层抗氢脆性能中的用途。本发明提供的一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺，形成有效阻氢层，能够有效改善钢特别是纳米贝氏体钢的表层抗氢脆性能，具有生产工艺简单，能耗低的特点，效果显著。

技术领域

本发明属于金属热处理的技术领域，涉及一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺，具体涉及一种用于改善高强纳米贝氏体钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺。

背景技术

钢的表层化学热处理是表层合金化与热处理相结合的一种工艺。通过改变钢件表层的成分与组织，从而改善其使用性能的目的。多数研究是通过表面渗碳，产生细晶马氏体、碳化物和残余奥氏体来提高钢件的表面硬度、耐磨性等。而表层脱碳会降低表层硬度，因而鲜有研究。在高碳钢中，如纳米贝氏体钢，其碳含量在0.6～1.0wt％，Si大于1.5wt％来抑制渗碳体析出。它的抗拉强度达到2.5GPa，断裂韧性大于30MPa·m^-1/2，具有极大的应用前景，但由于其高的强度，因此它具有差的抗氢脆能力。实验表明，预充氢后，钢的延伸率从30％下降到4-5％，裂纹敏感性提高。在生产中，通常采用镀层，例如镀Zn、Cr层等，来提高抗氢脆性能。但是在化学镀层过程中，本身会产生析氢反应，使得氢进入基体，造成氢脆；且镀层极易被尖锐物刮蹭，使镀层失去作用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺，针对钢特别是高强纳米贝氏体钢进行表层处理，相比现有在钢的表层采用化学镀层而言，具有工艺简单，效果显著的特点。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺，包括以下步骤：

1)将钢工件加热使其奥氏体化，同步进行表面脱碳，用以在钢工件表层形成脱碳层；

2)将钢工件再淬入盐浴介质中进行保温，用以在钢工件的基体形成贝氏体组织、在钢工件的脱碳层形成由马氏体、贝氏体及奥氏体组成的复相组织；

3)结束保温，将钢工件进行水淬。

优选地，步骤1)中，所述钢为纳米贝氏体钢。在钢铁技术领域，通常以珠光体相变温区以下，马氏体形成温度以上温区形成的相变产物称为贝氏体，组织由贝氏体铁素体，渗碳体以及残余奥氏体组成，钢中添加Si1.5wt.％抑制渗碳体的析出，形成无碳化物贝氏体，由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成，当贝氏体钢中贝氏体铁素体板条厚度小于100nm，其片间为薄膜状残余奥氏体，称为纳米贝氏体钢，其抗拉强度超过2.5GPa，且韧性大于30MPa·m^-1/2，因此也称为高强纳米贝氏体钢。

优选地，步骤1)中，所述钢工件的初始组织为珠光体和渗碳体。所述钢工件为消除钢内部残存应力及加热冷却不均匀的影响，在进行贝氏体等温之前通常采取缓冷的热处理方式，形成的组织为珠光体和渗碳体。

优选地，步骤1)中，所述钢工件的初始碳含量为0.6-1.0wt％。保证后续能够生成纳米贝氏体组织，且后续生成的脱碳层内的碳含量梯度分布。

优选地，步骤1)中，所述钢工件内添加含量＞1.5wt％的合金元素。能够抑制贝氏体等温过程中渗碳体析出。

更优选地，所述合金元素选自硅(Si)或铝(Al)中的一种或两种混合。

优选地，步骤1)中，所述钢工件呈块状，其测试体积为70-90mm×10-30mm×1-10mm。更优选地，所述钢工件的测试体积为80mm×20mm×5mm。