中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用与流程

本发明涉及中低碳低合金贝氏体钢热处理，具体提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用。

背景技术：

1、矿山机械服役环境复杂且恶劣。以混泥土搅拌叶片和输送混凝土弯管为例，在服役过程中既受到沙石泥土的高速直接磨损，又受到沙石的大力直接冲撞。随着建筑物建设得越来越高，对输送混凝土弯管等矿上机械构件提出了更高的要求。为同时抵抗高速直接磨损和大力直接冲击，制造具有“高强度高韧性”的矿上机械构件一直是追求的目标。热处理技术是获得“高强度高韧性”的矿上机械构件的关键。

2、中国发明专利申请(申请号202210735380.8)公布了一种含有陶瓷颗粒的耐磨衬板及其制备方法。在钢铁材料中添加陶瓷颗粒，陶瓷颗粒作为“硬相”而钢铁基体作为“韧相”，解决现有耐磨衬板强度和韧性掣肘问题。但是该制备方法在熔炼时需待钢液冷却至一定温度再增加陶瓷颗粒，且钢液在模具内需搅拌，制备工序复杂且操作困难。

3、中国发明专利申请(申请号202110226740.7)公布了一种搅拌机叶片及搅拌机叶片的制备方法。通过在由低合金结构钢的韧性基体上浇铸高铬铸铁耐磨材料，达到“高强度高韧性”的目的。但是该制备方法需在负压条件下往低合金结构钢上浇铸高铬铸铁耐磨材料，对浇筑工艺及装备提出了极其严苛要求。

4、中国发明专利(申请号201210077144.8)公布了一种泵车用高分子与贝氏体复合弯管及其制备方法。通过在单一贝氏体弯管外周面热收缩紧固包覆一层高分子层，解决现有贝氏体钢弯管韧性不足的问题。该发明需在制备好的弯管后通过物理方法增设高分子层，增加了制造成本，延长了制造工序，降低了生产效率。

5、剑桥大学sir harry bhadeshia教授开发了纳米贝氏体钢并获得了应用。高碳低合金钢奥氏体化后在较低的贝氏体转变温度(150℃～400℃)进行长时间(如5～14天)等温处理，获得以纳米贝氏体为主的构件。此种构件具有高强度和高断裂韧性，但是需在贝氏体等温转变温度区间进行长时间(以天计，长达10天)等温处理，降低了生产效率。

6、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法。

2、本发明的第二目的在于提供上述方法得到的中低碳低合金贝氏体钢件。

3、本发明的第三目的在于提供上述方法或中低碳低合金贝氏体钢件的应用。

4、为了实现上述目的，本发明特采用如下技术方案，

5、本发明提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法，包括以下步骤：

6、s1：对钢件实施常规正火处理后，钢体组织为铁素体和珠光体组织。

7、s2：在s1后对所述钢件实施双级变温复合热处理，依次包括：

8、s2-1：加热保温处理，此时钢件组织由正火处理后的铁素体和珠光体组织全部转为奥氏体组织。

9、s2-2：一级控冷处理，在s2-1后对所述钢件冷却至第一低温保温温度tiso1(℃)，此时钢件不发生组织转变。

10、s2-3：一级低温保温，在s2-2后对所述钢件在第一低温保温温度tiso1(℃)保温一段时间tiso1(min)，使得钢件形成精细结构的贝氏体铁素体组织。

11、s2-4：二级加热处理，在s2-3后对所述钢件加热至第二高温保温温度tiso2(℃)，此时钢件不发生组织转变。

12、s2-5：二级高温保温，在s2-4后对所述钢件在第二高温保温温度tiso2(℃)保温一段时间tiso2(min)，使得钢件中碳原子均匀分布在未转变奥氏体组织中。

13、s2-6：缓慢冷却处理：在s2-5后对所述钢件缓慢冷却处理，此时钢件在s2-5的未转变的奥氏体部分转变为马氏体。以及

14、s3：在s2后对所述钢件实施中低温回火处理。

15、本发明提供上述双级变温复合热处理方法处理得到的中低碳低合金贝氏体钢件。

16、本发明提供上述双级变温复合热处理方法或中低碳低合金贝氏体钢件在制造矿山机械中叶片、衬板、弯管中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的技术效果为：

18、本发明的双级变温复合热处理方法，采用低温相变高温均碳工艺，在低温发生贝氏体相变得到精细板条贝氏体组织，而在高温发生碳原子均匀化提高未转变奥氏体稳定性，使得钢件获得板条贝氏体、板条马氏体/奥氏体岛屿和薄膜状残余奥氏体复相组织，同时采用高温均碳工艺技术，可在不影响钢件性能条件下，缩短工艺时间，提高生产效率，解决了贝氏体钢工艺时间长的问题。通过以上技术获得的钢件具有高强度、高韧性好的机械性能匹配特性，同时钢件显微组织含有奥氏体和碳化物粒子，阻碍了氢原子的扩散，可以提高其抗氢致延迟断裂能力，防止氢脆，避免突发性事故，具有这种特点的钢件尤其适用于制造如混泥土搅拌叶片或输送混凝土弯管等矿山机械构件。

技术特征：

1.一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在s2-2中，所述第一低温保温温度tiso1为钢件成分的ms和(ms+(bs-ms)/2)之间的某一温度；其中，

3.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在s2-3中，tiso1按照如下方式获得：

4.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在s2-4中，所述第二高温保温温度tiso2为钢件成分的(ms+(bs-ms)/2)和bs之间的某一温度；其中，ms和bs分别由公式1和公式2计算获得；

5.根据权利要求1所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在s2-5中，所述保温时间tiso2由以下方式确定：

6.根据权利要求1～5任一项所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在s2-6中，所述冷却的方式为弱风风冷或自然空冷。

7.根据权利要求1～5任一项所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，在s1中，所述正火处理包括：将所述钢件放入已经加热至t11的加热炉中并保温t11，随后加热至t12并保温t12，完成保温后自然空冷至室温，其中t11为500～600℃、t11为100～200min，t12为880～1050℃、t12为30～240min；

8.根据权利要求1～5任一项所述的双级变温复合热处理方法，其特征在于，按质量百分数计，所述中低碳低合金钢件的组分包括:0.18％～0.42％c，0.8％～4％mn，0.6％～3％si和0.2％～3％cr，以及0.02％～0.22％v和0.02％～0.15％ti中的至少一种，其余为fe和其他不可避免的杂质；同时，mn和cr的含量之和不少于2.5％且不高于4.2％，mn、si、cr、v、ti的含量之和不高于6％。

9.权利要求1～8任一项所述的双级变温复合热处理方法处理得到的中低碳低合金贝氏体钢件；

10.权利要求1～8任一项所述的双级变温复合热处理方法或权利要求9所述的中低碳低合金贝氏体钢件在制造矿山机械中叶片、衬板、弯管中的应用。

技术总结
本发明涉及中低碳低合金贝氏体钢热处理技术领域，具体提供一种中低碳低合金贝氏体钢件的双级变温复合热处理方法及应用。该低温相变高温均碳双级变温复合工艺方法利用在低温发生贝氏体相变得到精细板条贝氏体组织，而在高温发生碳原子均匀化提高未转变奥氏体稳定性，使得钢件获得板条贝氏体、板条马氏体/奥氏体岛屿和薄膜状残余奥氏体复相组织，具有高强度、高韧性好的机械性能匹配。同时，采用高温均碳工艺技术，可在不影响钢件性能条件下，缩短工艺时间，提高生产效率，解决了贝氏体钢工艺时间长的问题。

技术研发人员：罗平,张文良,李贤君,姜超,谭谆礼,李季,安伟骋,胡凤娇
受保护的技术使用者：中国机械总院集团北京机电研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13