[发明专利]低合金超高强度复相钢及其热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种材料技术领域的合金钢及其热处理方法，具体是一种低合金超高强度复相钢及其热处理方法。

背景技术

热处理一直是钢铁材料生产过程中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善钢铁材料的综合性能。残余奥氏体是影响钢铁材料塑性的重要因素。当存在塑性变形时，残余奥氏体发生相变转化为马氏体是钢铁材料获得良好塑性的重要原因。经调质处理(淬火+高温回火)的传统马氏体钢虽然具有较高的强度和一定的塑性，但由于不含残余奥氏体，其塑性相对于先进高强度钢(如TRIP钢、DP钢等)而言，还有很大差距的。组织中的一定含量的残余奥氏体是有益的，尤其是当存在塑性变形时，残余奥氏体具有TRIP效应，可大大提高材料的塑性。已经研发的超高强度马氏体型钢——马氏体时效钢和二次硬化钢，具有较高的强度和较好的韧性，但由于都含高合金量，成本昂贵，不宜广泛应用。

目前随着钢铁企业的发展，对先进高强钢的强度和塑性提出了越来越高的要求。经过低温长时间处理得到的纳米贝氏体具有较高的强度、良好的塑性和很高的冲击韧性，其综合机械性能比索氏体更好。纳米贝氏体钢具有良好的综合力学性能，是发展超级钢、超细晶钢和纳米钢铁材料的途径之一。

经对现有技术的文献检索发现，F.G.Caballero，H.K.D.H.Bhadeshia等人在Materials Science and Technology 18(2003)P279-284上发表的″VeryStrong Low Temperature Bainite″一文阐述了纳米贝氏体的制备工艺，获得超高强度纳米贝氏体钢，纳米贝氏体具有高强度和良好的韧性，但是碳含量在0.7-1.0％，焊接性能不好。检索中还发现，J.Speer等在Acta Materialia 51(国际材料学报)(2003)P2611-2622上发表的“Carbon partitioning intoaustenite after martensite transformation”一文阐述了淬火到某一温度时，碳原子从马氏体到残余奥氏体分配的原理，通过碳原子的分配可以使残余奥氏体富碳进而在室温得到稳定的残余奥氏体，以获得马氏体—残余奥氏体双相钢，但并没有引入强度和韧性俱佳的纳米贝氏体组织。中国专利申请号为2007100458861，名称为“采用碳分配和回火提高淬火钢件机械性能的热处理方法”，该专利获得是马氏体、残余奥氏体和回火析出的碳化物三相组织，利用的是析出相强化的原理，也没有引入强度和韧性俱佳的新型纳米贝氏体组织。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种低合金超高强度复相钢及其热处理方法。本发明是一种中碳多元化低合金钢，采用热处理工艺在获得马氏体、残余奥氏体的基础上，又引入了高强度和良好韧性的纳米贝氏体组织，增加工件的强度，同时又保证工件具有良好的韧性，而且属于低合金化，成本低廉。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的低合金超高强度复相钢，其包含的组分及重量百分比含量(wt％)为：C 0.3-0.7，Si 0.01-3.0，Al 0.0-2.0，Nb 0.0-0.25，V 0.0-0.3，Mo 0.0-2.0，Ni 0.0-4.0，Mn 0.05-3.0，Cr 0.0-3.0，Co 0.0-2.0，W 0.0-2.0，S＜0.04，P＜0.04，其余为Fe。

本发明所述的低合金超高强度复相钢，成分中含Si元素目的是抑制碳配分和等温淬火过程中渗碳体的析出，提高钢中残余奥氏体的力学稳定性；Co、Al元素可以加快等温淬火处理，增加γ→α的相变自由能，细化奥氏体晶粒，并使残余奥氏体进一步稳定化；Nb、V元素可以细化晶粒；Mo、W元素可以使中高温转变区显著右移，抑制配分过程中上贝氏体的产生，增加等温淬火过程纳米贝氏体的淬透性；Mn、Ni、C、Cr元素能降低Ac3温度，提高奥氏体的稳定性，提高钢铁材料的强度。由此可使钢件获得由硬相马氏体、软相残余奥氏体和强度韧性俱佳的纳米贝氏体组成的复相组织，该组织可使钢件在具有高强度的同时，塑性仍然维持在一个较高的水平。经淬火、碳分配和等温淬火的钢比一般淬火和回火钢具较高的韧性，同时具有较高的强度。

本发明所涉及的上述低合金超高强度复相钢热处理方法，包括以下步骤：

第一步，将工件加热到800℃-1000℃进行奥氏体化处理；