一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超高強(qiáng)度鋼的熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高強(qiáng)度鋼傳統(tǒng)熱處理為淬火回火熱處理，恒定溫度條件下奧氏體化，晶粒易長大，熱處理后顯微組織主要為回火馬氏體，綜合力學(xué)性能不佳特別是焊接構(gòu)件經(jīng)普通淬火回火熱處理后，殘余應(yīng)力大，強(qiáng)度較高而塑韌性較低。此類鋼種主要應(yīng)用于飛機(jī)起落架和固體火箭發(fā)動機(jī)殼體等航空航天領(lǐng)域，在服役過程中常常要承受較大的沖擊載荷。長時間處于這種工作環(huán)境，如果只追求提高強(qiáng)度而韌塑性不足，材料往往會在載荷應(yīng)力遠(yuǎn)低于鋼的屈服強(qiáng)度情況下，由于裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生脆性斷裂。所以要求此類材料必須具有足夠的韌塑性，確保使用安全可靠。而傳統(tǒng)熱處理后的超高強(qiáng)度鋼并不能滿足這一要求，制約了其應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。
[0003]D406A鋼是我國自主研制的中碳低合金超高強(qiáng)度鋼，廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機(jī)殼體等。D406A鋼的現(xiàn)行熱處理工藝為恒溫920°C奧氏體化，時間為lOmin，油淬至室溫，隨后在280°C溫度下回火30min。在現(xiàn)行工藝條件下，D406A鋼焊接構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度1730MPa，屈服強(qiáng)度1577MPa，延伸率9.0%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決現(xiàn)有超高強(qiáng)度鋼經(jīng)傳統(tǒng)熱處理后綜合力學(xué)性能欠佳、韌性不足的問題，而提供一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法。
[0005]一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0006]將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為T1后，以降溫速度為5°C /min?10°C /min，將溫度從T1降至T 2，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為T3下保溫t i，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理；
[0007]所述的T1= 920°C?950°C ;所述的 T 2= 880°C?920°C ;所述的 T rT2= 10°C?70 °C ;所述的 T3= 270 °C ?290 °C ;所述的 t 丨=25min ?35min。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:超高強(qiáng)度鋼的現(xiàn)行熱處理工藝為淬火回火熱處理。超高強(qiáng)度鋼的奧氏體化過程為恒溫過程，奧氏體化后進(jìn)行淬火回火熱處理，得到回火馬氏體組織，強(qiáng)度較高，韌性塑形較差，綜合力學(xué)性能不佳。本發(fā)明的梯度熱處理，超綱強(qiáng)度鋼的奧氏體化工藝是在溫度隨時間形成梯度變化的條件下進(jìn)行，即溫度隨時間逐漸降低，有別于現(xiàn)行的恒溫奧氏體化工藝。在梯度奧氏體化條件下，高溫有助于奧氏體相的形核，低溫有助于減緩已形核的奧氏體晶粒長大。通過本發(fā)明的梯度熱處理工藝，調(diào)控材料組織的狀態(tài)，可以達(dá)到使材料達(dá)到強(qiáng)度和塑性良好結(jié)合的目的。本發(fā)明方法處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件，其抗拉強(qiáng)度稍有降低但延伸率有大幅度提升，達(dá)到了強(qiáng)塑性良好結(jié)合。
[0009]本發(fā)明用于一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明梯度熱處理方法曲線。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0012]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0013]將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為T1后，以降溫速度為5°C /min?10°C /min，將溫度從T1降至T 2，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為T3下保溫t i，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理；
[0014]所述的T1= 920°C?950°C ;所述的 T 2= 880°C?920°C ;所述的 T rT2= 10°C?70 °C ;所述的 T3= 270 °C ?290 °C ;所述的 t 丨=25min ?35min。
[0015]本實施方式的有益效果是:超高強(qiáng)度鋼的現(xiàn)行熱處理工藝為淬火回火熱處理。超高強(qiáng)度鋼的奧氏體化過程為恒溫過程，奧氏體化后進(jìn)行淬火回火熱處理，得到回火馬氏體組織，強(qiáng)度較高，韌性塑形較差，綜合力學(xué)性能不佳。本實施方式的梯度熱處理，超綱強(qiáng)度鋼的奧氏體化工藝是在溫度隨時間形成梯度變化的條件下進(jìn)行，即溫度隨時間逐漸降低，有別于現(xiàn)行的恒溫奧氏體化工藝。在梯度奧氏體化條件下，高溫有助于奧氏體相的形核，低溫有助于減緩已形核的奧氏體晶粒長大。通過本實施方式的梯度熱處理工藝，調(diào)控材料組織的狀態(tài)，可以達(dá)到使材料達(dá)到強(qiáng)度和塑性良好結(jié)合的目的。本實施方式方法處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件，其抗拉強(qiáng)度稍有降低但延伸率有大幅度提升，達(dá)到了強(qiáng)塑性良好結(jié)合。
[0016]鋼受熱升溫轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程是一種擴(kuò)散相變。奧氏體的形成包括奧氏體的成核以及奧氏體晶粒的長大。奧氏體的形成溫度提高，奧氏體相變驅(qū)動力越大，同時擴(kuò)散系數(shù)增大，原子擴(kuò)散系數(shù)增大，奧氏體的形核率會以指數(shù)函數(shù)關(guān)系迅速增大。所以通過提高奧氏體形成溫度，大幅度提高奧氏體形核率，更有利于形成細(xì)小的起始奧氏體晶粒。奧氏體晶粒的長大過程等于相界面的擴(kuò)散過程，擴(kuò)散需要能量，因此長大與溫度有必然聯(lián)系。溫度越低越不利于原子的擴(kuò)散，削弱已形成的奧氏體晶粒長大速度。綜上所述，提高奧氏體化溫度增加奧氏體相形核率，保證更細(xì)小的起始奧氏體晶粒形成，在溫度持續(xù)降低的奧氏體化過程，供給的能量逐漸減小，原子的擴(kuò)散逐漸減弱，奧氏體晶粒長大程度減小，有利于得到細(xì)小的奧氏體組織。
[0017]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為5°C /min，將溫度從950°C降至900°C，完成梯度奧氏體化。其它與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同的是:將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為7°C /min，將溫度從950°C降至880°C，完成梯度奧氏體化。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0019]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為10°C /min,將溫度從950°C降至900°C，完成梯度奧氏體化。其它與【具體實施方式】一至三相同。
[0020]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:油淬后，在溫度為280°C下保溫30min。其它與【具體實施方式】一至四相同。
[0021]采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0022]實施例一:
[0023]本實施例所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0024]超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為5 °C /min，將溫度從950°C降至900°C，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為280°C下保溫30min，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理。
[0025]實施例二:
[0026]本實施例所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0027]將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為7V /min，將溫度從950°C降至880°C，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為280°C下保溫30min，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理。
[0028]實施例三:
[0029]本實施例所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0030]將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為10°C /min，將溫度從950°C降至900°C，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為280°C下保溫30min，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理。
[0031]對比實驗:
[0032]將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為920°C后，在溫度為920°C下保溫lOmin，完成奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為280°C下保溫30min，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的熱處理。
[0033]對比實驗處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件室溫抗拉強(qiáng)度為1730MPa，屈服強(qiáng)度為1577MPa，延伸率僅為9.0%。
[0034]依據(jù)GB/T228.1-2010國標(biāo)，對實施例一至三及對比實驗進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率測試:
[0035]實施例一處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件室溫抗拉強(qiáng)度為1556MPa，屈服強(qiáng)度為1361MPa，延伸率為13.0%。與對比實驗相比較，實施例一處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度下降了 10.1%，屈服強(qiáng)度下降了 13.7%，但延伸率提高了 44.4%，綜合力學(xué)性能較好。
[0036]實施例二處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件室溫抗拉強(qiáng)度為1637MPa，屈服強(qiáng)度為1421MPa，延伸率為13.0%。與對比實驗相比較，實施例二處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度下降了 5.3%，屈服強(qiáng)度下降了 9.9%，但延伸率提高了 44.4%，綜合力學(xué)性能較好。
[0037]實施例三處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件室溫抗拉強(qiáng)度為1641MPa，屈服強(qiáng)度為1436MPa，延伸率為11.0%。與對比實驗相比較，實施例三處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度下降了 5.1%，屈服強(qiáng)度下降了 8.9%，但延伸率提高了 22.2%，綜合力學(xué)性能較好。
[0038]由此可知，本發(fā)明方法處理后的D406A鋼焊接構(gòu)件，其抗拉強(qiáng)度稍有降低但延伸率有大幅度提升，達(dá)到了強(qiáng)塑性良好結(jié)合，可廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機(jī)殼體等。
【主權(quán)項】
1.一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，其特征在于一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法是按照以下步驟進(jìn)行的: 將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為T1后，以降溫速度為5°C /min?10°C /min，將溫度從T1降至T 2，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為T3下保溫t i，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理； 所述的 T1= 920°C?950°C;所述的 T 2= 880°C?920°C;所述的 T rT2= 10°C?70°C;所述的 T3= 270 °C ?290 °C ;所述的 t != 25min ?35min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，其特征在于將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為5°C /min，將溫度從950°C降至900°C，完成梯度奧氏體化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，其特征在于將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為7°C /min，將溫度從950°C降至880°C，完成梯度奧氏體化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，其特征在于將超高強(qiáng)度鋼D406A加熱至溫度為950°C后，以降溫速度為10°C /min,將溫度從950°C降至900°C，完成梯度奧氏體化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，其特征在于油淬后，在溫度為280 °C下保溫30min。
【專利摘要】一種超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法，本發(fā)明涉及超高強(qiáng)度鋼的熱處理方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有超高強(qiáng)度鋼經(jīng)傳統(tǒng)熱處理后綜合力學(xué)性能欠佳、韌性不足的問題。方法：將超高強(qiáng)度鋼加熱至溫度為T1后，將溫度從T1降至T2，完成梯度奧氏體化，隨后油淬至室溫，油淬后，在溫度為T3下保溫t1，隨后油淬至室溫，即完成超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理。本發(fā)明用于超高強(qiáng)度鋼的梯度熱處理方法。
【IPC分類】C21D6-00, C21D1-19
【公開號】CN104726652
【申請?zhí)枴緾N201510166391
【發(fā)明人】王清, 孫東立, 王大群, 孫越麒, 韓秀麗, 邱培坤
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月9日