[发明专利]一种中碳微纳结构贝氏体钢及其热处理方法

说明书

本发明涉及一种中碳微纳结构贝氏体钢及其热处理方法。其技术方案是：C为0.20～0.50wt％，Si为0.10～0.50wt％，Mn为4.00～8.00wt％，Al为1.00～3.00wt％，Cr为0.10～0.50wt％，Ni为0.10～0.50wt％，Mo为0.10～0.50wt％，Nb+V+Ti为0.010～0.050wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。所述中碳微纳结构贝氏体钢的热处理方法是：将所述中碳微纳结构贝氏体钢在Ac3+(20～120)℃条件下进行奥氏体化，等温0.25～0.75h；再于Bf+(10～60)℃条件下进行贝氏体转变，等温1.0～6.0h，然后水淬至室温。采用所述热处理方法后的中碳微纳结构贝氏体钢：抗拉强度为1500～2000MPa；断后伸长率≥8％；‑40℃低温韧性≥30J。本发明具有成本低廉、工艺简单和性能优良的特点。

技术领域

本发明属于贝氏体钢技术领域。具体涉及一种中碳微纳结构贝氏体钢及其热处理方法。

背景技术

高碳微纳结构贝氏体钢(又称纳米贝氏体钢、低温贝氏体钢、超级贝氏体钢等)，利用高C，显著降低贝氏体转变温度(200～30℃)，同时高Si抑制渗碳体的析出，贝氏体完全转变需要很长时间(几天甚至几十天)，得到的残留奥氏体体积分数一般≥20vol％。残留奥氏体有两种形貌，一种是分布在贝氏体铁素体板条之间的薄膜状残留奥氏体，能有效提高韧性；另一种为分布在贝氏体束之间的块状残留奥氏体(约占残留奥氏体50～75vol％)，其对韧性贡献较小甚至有害。同时，长时间的等温过程，对碳从贝氏体铁素体到奥氏体的扩散进行控制是非常困难的，造成残留奥氏体中碳含量的不均匀分布，也不利于韧性的提高。

研究表明，可以通过降低碳含量来提高微纳结构贝氏体钢韧性，由于碳含量减少，贝氏体开始转变温度(Bs)和马氏体开始转变温度(Ms)温度点增高，在热处理过程中，贝氏体等温转变得到亚微米级贝氏体铁素体、薄膜状和块状未转变奥氏体；块状未转变奥氏体在随后的淬火过程转变为块状马氏体组织，这种碳过饱和的马氏体不利于韧性的提高。同时，贝氏体钢可以通过两步或多步低温贝氏体转变工艺，未转变块状奥氏体可以进一步转变为贝氏体铁素体，块状残留奥氏体基本可以消除，以减少块状未转变奥氏体来避免淬火马氏体形成，进一步提高韧性。

中碳微纳结构贝氏体钢，基本都是采用中C、高Si、高Cr、适当Mn和添加其他元素的合金设计，例如“一种超高强度高韧性多步等温贝氏体钢及其制备方法”(CN103555896 A)、“一种高韧性中高碳超细贝氏体钢的制备方法”(CN106521350 A)和“超高强度高韧性无碳化物贝氏体耐磨钢板及其制备方法”(CN106544591 A)等。高Si能抑制贝氏体转变过程中渗碳体的析出，但促使钢中的柱状晶成长，降低塑性，若加热或冷却较快，由于热导率低，钢的内部和外部温差较大，因而易裂；同时Si能降低钢的焊接性能，因为与氧的亲合力硅比铁强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊缝质量。高Cr可以提高奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，以提高钢的淬透性，但显著提高钢的脆性转变温度，冲击韧性急剧下降。有些钢种同时添加高Ni来提高低温冲击韧性，例如“一种超高强度高韧性多步等温贝氏体钢及其制备方法”(CN103555896 A)，高Ni含量使合金成本比较高。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺简单和性能优良的中碳微纳结构贝氏体钢及其热处理方法。

为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：

所述中碳微纳结构贝氏体钢的化学组分是：C为0.20～0.50wt％，Si为0.10～0.50wt％，Mn为4.00～8.00wt％，Al为1.00～3.00wt％，Cr为0.10～0.50wt％，Ni为0.10～0.50wt％，Mo为0.10～0.50wt％，Nb+V+Ti为0.010～0.050wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。