[发明专利]一种中碳铬钼高强钢的热处理方法

说明书

本发明涉及一种中碳铬钼高强钢的热处理方法，用于克服传统高强钢制备技术的局限性，提供一种具有高强塑积和“多相、亚稳、多尺度析出”组织特征的中碳低合金高强钢组织与性能调控的新技术，该种中碳铬钼高强钢的热处理方法采用“高温淬火与两次临界热处理”的热处理工艺方案，不仅能够克服上述缺陷，还可以获得理想的具有“多相、亚稳、多尺度析出”的显微组织结构，因此预期可以有效提高材料的高强塑积。

技术领域

本发明涉及钢铁材料热处理工艺技术领域，特别涉及一种中碳铬钼高强钢的热处理新方法。

背景技术

随着我国城市化进程的快速发展，高层、超高层建筑不断涌现，机场车站客流量快速增长，电梯不断向高行程、高速度、高承载的方向发展，对电梯内关键承载构件的力学性能要求也越来越高，这就迫切需要电梯制造企业的零配件配套工厂开发出具有更高强度级别、更高韧塑性、更长寿命的高端钢铁材料新产品。35CrMo中碳合金钢广泛应用于电梯内的紧固件、承载梁、传动轴等关键部件的制造，在传统调质热处理工艺条件下，继续提高材料性能的困难较大，与电梯制造企业对高速、重载电梯用高性能材料迫切需求间的矛盾日益突出。

先进高强钢(AHSS)从第一代双相(DP)钢、第二代相变诱发塑性(TRIP)钢、到第三代淬火-分配(Q&P)钢和淬火-分配-回火(Q-P-T)钢的发展趋势是不断提高强度并保持足够的塑性，其方法是改变热处理工艺以获得不同的微观组织。DP钢由铁素体、马氏体和残余奥氏体组成，TRIP钢由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成。在TRIP钢中，由强度较高而塑性较低的贝氏体替代了DP钢中的部分强度较低塑性较高的铁素体，因此，TRIP钢的总体强度高于DP钢而塑性低于DP钢。Q&P钢是由马氏体和残余奥氏体组成，由强度较高而塑性较低的马氏体替代了TRIP钢中的强度较低而塑性较高的铁素体和贝氏体，因此，Q&P钢的总体强度高于TRIP钢而塑性低于TRIP钢。Q-P-T钢是由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成，即由强度很高而塑性很低的碳化物替代了Q&P钢中的部分强度较低塑性较高的马氏体，故Q-P-T钢的总体强度高于Q&P钢而塑性低于Q&P钢。可见，目前先进高强钢的力学性能总的趋势是随着强度的提高，塑性随之下降。因此，在保持材料强度的前提下，如何进一步提高材料的塑性是解决问题的关键。

目前第三代先进高强钢的塑性贡献主要来源于残余奥氏体，其作用机制主要有四种解释：(1)相变诱发塑性(TRIP)效应：在形变过程中，TRIP钢中的残余奥氏体在较高的应力应变状态下能产生应变(或应力)诱发马氏体相变，由此松弛了形变过程中产生的局部应力集中，使应力再分布，推迟裂纹的形成，从而推迟了缩颈的产生，提高了均匀延伸率，进而获得更好的塑性。残余奥氏体愈多，TRIP效应愈强，则材料的塑性越好。(2)孪晶诱发塑性(TWIP)效应：TWIP钢在形变过程中残余奥氏体主要通过应变诱导产生孪晶，由此松弛局部的应力集中从而增加塑性。与TRIP效应同理，残余奥氏体愈多，TWIP效应愈强，则材料的塑性也就越好。(3)阻碍裂纹扩展(BPC)效应：即马氏体板条间的残余奥氏体可有效阻碍沿马氏体{100}晶面族扩展的裂纹从一个板条扩展至另个板条。由于残余奥氏体越多，BPC效应越强，则材料的塑性也越好。(4)残余奥氏体吸收位错(DARA)效应：塑变时马氏体中的位错通过共格(半共格)界面运动到奥氏体中去，也就是位错被残余奥氏体所“吸收”。DARA效应使硬相马氏体处于“未加工硬化态”，有效地增强了马氏体的形变能力，使之与软相残余奥氏体可协调形变。由于残余奥氏体只能吸收来自相邻马氏体中的位错，因此残余奥氏体愈多，DARA效应愈强。因此，上述四种增塑效应均表明获得足量、稳定的残余奥氏体是提高高强钢强塑积的关键。