一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺。充分加热奥氏体化后，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火。采用该工艺方法处理后，27SiMn钢组织为贝氏体，具有很好的强度、塑性和韧性匹配，从而能够满足工程机械制造对其越来越高的性能要求。
【专利说明】—种高强韧性27SiMn钢热处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料领域，是一种具有高强韧性的27SiMn钢，具体涉及一种高强韧性27SiMn钢的热处理工艺。
【背景技术】
[0002]随着世界各国工业的发展和科技的进步，工程机械的设计日益向着轻量化、大型化、高参数的方向发展，这就对工程机械制造用钢的品种、规格、性能均提出了越来越高的要求。作为采矿支护设备用钢，27SiMn主要用来制造煤矿开采过程中支撑煤层的单体液压缸的支柱。该钢主要在调质状态下使用，而对于贝氏体组织状态下的使用，未见报道。
[0003]目前采煤坑道高度不断在增加，对于支撑煤层的单体液压缸的支柱材料的强韧性提出更高要求。27SiMn调质处理后的抗拉强度≥980MPa、屈服强度≤835MPa、伸长率^ 12.0 %、断面收缩率> 40 %、冲击功> 39J，强度足够，但是塑性和韧性不足。因此，改变材料组织结构，使27SiMn得到以贝氏体为主的组织构成，来达到提高钢材自身的强韧性能，从而满足煤矿设备安全生产需要。相对于一味的增加支柱直径来满足对其支撑能力要求，能够节约材料资源，避免占用大量的工作空间、影响作业效率，延长设备使用寿命，挖掘材料潜能，最终促进工程机械行业的发展具有重要意义。
[0004]本发明就是一种高强韧性27SiMn钢贝氏体分段淬火热处理工艺。采用该工艺方法处理后，具有良好的强度、塑性和韧性匹配，可节约钢材用量，降低生产成本，从而能够满足工程机械制造对其越来越高的性能要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种27SiMn钢分段淬火热处理工艺，使其热处理后得到贝氏体组织，并具有良好的强度、塑性和韧性匹配。
[0006]本发明所述的27SiMn钢，依据GB/T3077-1999，其化学成分质量百分比为:
0.24%~0.32% CU.10%~1.40% SiU.10%~1.40% Mn, P ≤0.035%, S ( 0.035%,Cu ( 0.30%, Cr ( 0.30%, Ni ( 0.30%, Mo ( 0.15%，余量为 Fe 及不可避免杂质。
[0007]本发明涉及一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺包括:将原料27SiMn钢充分加热奥氏体化后，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火得到贝氏体组织；其主要工艺流程为:原料一加热一油淬—空冷一回火一空冷。
[0008]所述的27SiMn钢热处理工艺(图1)包括步骤:
[0009](I)将原料27SiMn钢加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为890°C~930°C,保温时间为 2.0min/mm ~5.0min/mm ；
[0010](2)分段淬火工艺:将充分奥氏体化后的27SiMn钢先进行油淬，油淬终点温度为430°C~470°C，再取出空冷至室温；
[0011](3)回火工艺:步骤(2)处理后再进行低温回火处理，加热温度为200°C~300°C ；保温时间为40min~80min,得到贝氏体组织。
[0012]所述步骤(1)中奥氏体化加热温度890°C~930°C，奥氏体化加热温度主要根据钢的相变临界点确定，亚共析钢通常加热到Ac3以上30°C~50°C。加热温度过低，奥氏体化不充分，而过高导致奥氏体晶粒粗化，均不利于获得目标组织和性能。所述的保温时间为2.0min/mm~5.0min/mm。保温时间过短,奥氏体化不充分,过长则导致奥氏体晶粒粗化，同样均不利于获得目标组织和性能。
[0013]所述步骤(2)的油淬终点温度为430°C~470°C。该温度是控制关键，过高满足了中温珠光体转变的条件，过低则可能错过贝氏体转变温度区间，发生部分马氏体转变，两者均导致不能获得目标组织。
[0014]采用上述热处理工艺的理由如下:由于空冷和风冷时只能得到铁素体+珠光体组织，水冷时得到马氏体组织，油冷时也只能获得少量贝氏体组织。因此，考虑到贝氏体组织转变的温度条件和冷速条件，淬火工艺采用先油冷后空冷的分段淬火方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是分段淬火热处理工艺示意图；
[0016]图2是热轧材金相组织光学显微镜示意图；
[0017]图3是实施例1热处理后典型的金相组织扫面电子显微镜示意图。
【具体实施方式】
[0018]一种27SiMn钢，具有如下的质量百分比化学成分:0.26% CU.20% S1、1.26%Mn, 0.11% Cr,0.06% Ni,0.06% Cu, 0.01%Mo,0.03% Ti,0.014%P,0.016% S，余量为 Fe。
[0019]实施例采用的分段淬火热处理工艺参数如表1所示。热轧材金相组织光学显微镜微观示意图与实施例1热处理后的金相组织扫面电子显微镜示意图分别如图2和图3a和图3b所示。可以看出，热轧材组织为珠光体+铁素体，经过分段淬火热处理后，组织为贝氏体。
[0020]热轧材与常规调质热处理后的力学性能如表2所示，热轧材的抗拉强度为689MPa、屈服强度为423MPa、伸长率为27.4%、断面收缩率为60%、冲击功为13J ;调质处理后抗拉强度≥980MPa、屈服强度≥835MPa、伸长率≥12.0%、断面收缩率≥40%、冲击功S39J。本发明分段淬火热处理后的力学性能如表3所示。可以看出，力学性能平均达到抗拉强度为861MPa、屈服强度为679MPa、伸长率为27.2%、断面收缩率为65%、冲击功为68J。可见，与常规调质处理比较，经过分段淬火热处理的强度略低，而塑性和韧性显著提高，具有良好的强度、塑性和韧性匹配。
[0021]表1实施例采用的分段淬火热处理工艺参数
[0022]
【权利要求】
1.一种高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其特征在于所述热处理工艺包括:将原料27SiMn钢充分加热奥氏体化后，先油冷到略高于贝氏体转变温度后，再取出空冷至室温，使其缓慢发生较为充分的贝氏体转变，最后低温回火得到贝氏体组织。
2.根据权利要求1所述的高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其特征在于所述的27SiMn钢热处理工艺包括步骤: (1)将原料27SiMn钢加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为890°C、30°C，保温时间为 2.0min/mm~5.0min/mm ； (2)分段淬火工艺:将充分奥氏体化后的27SiMn钢先进行油淬，油淬终点温度为4300C~470°C，再取出空冷至室温； (3)回火工艺:步骤(2)处理后再进行低温回火处理，加热温度为200°C^300oC ;保温时间为40min~80min得到贝氏体组织。
3.根据权利要求1所述的高强韧性27SiMn钢热处理工艺，其特征在于:采用该工艺方法处理后，组织为贝氏体，具有高的强度、塑性和韧性匹配。
【文档编号】C21D1/19GK103773927SQ201410036406
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】刘雅政, 张朝磊, 周乐育, 蒋波, 文成 申请人:北京科技大学