CN104726652B - 一种超高强度钢的梯度热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种超高强度钢的梯度热处理方法，本发明涉及超高强度钢的热处理方法。本发明要解决现有超高强度钢经传统热处理后综合力学性能欠佳、韧性不足的问题。方法：将超高强度钢加热至温度为T1后，将温度从T1降至T2，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为T3下保温t1，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理。本发明用于超高强度钢的梯度热处理方法。

Description

一种超高强度钢的梯度热处理方法
技术领域
本发明涉及超高强度钢的热处理方法。
背景技术
超高强度钢传统热处理为淬火回火热处理，恒定温度条件下奥氏体化，晶粒易长大，热处理后显微组织主要为回火马氏体，综合力学性能不佳特别是焊接构件经普通淬火回火热处理后，残余应力大，强度较高而塑韧性较低。此类钢种主要应用于飞机起落架和固体火箭发动机壳体等航空航天领域，在服役过程中常常要承受较大的冲击载荷。长时间处于这种工作环境，如果只追求提高强度而韧塑性不足，材料往往会在载荷应力远低于钢的屈服强度情况下，由于裂纹失稳扩展发生脆性断裂。所以要求此类材料必须具有足够的韧塑性，确保使用安全可靠。而传统热处理后的超高强度钢并不能满足这一要求，制约了其应用规模的扩大。
D406A钢是我国自主研制的中碳低合金超高强度钢，广泛应用于固体火箭发动机壳体等。D406A钢的现行热处理工艺为恒温920℃奥氏体化，时间为10min，油淬至室温，随后在280℃温度下回火30min。在现行工艺条件下，D406A钢焊接构件的抗拉强度1730MPa，屈服强度1577MPa，延伸率9.0％。
发明内容
本发明要解决现有超高强度钢经传统热处理后综合力学性能欠佳、韧性不足的问题，而提供一种超高强度钢的梯度热处理方法。
一种超高强度钢的梯度热处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
将超高强度钢D406A加热至温度为T1后，以降温速度为5℃/min～10℃/min，将温度从T1降至T2，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为T3下保温t1，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理；
所述的T1＝920℃～950℃；所述的T2＝880℃～920℃；所述的T1-T2＝10℃～70℃；所述的T3＝270℃～290℃；所述的t1＝25min～35min。
本发明的有益效果是：超高强度钢的现行热处理工艺为淬火回火热处理。超高强度钢的奥氏体化过程为恒温过程，奥氏体化后进行淬火回火热处理，得到回火马氏体组织，强度较高，韧性塑形较差，综合力学性能不佳。本发明的梯度热处理，超纲强度钢的奥氏体化工艺是在温度随时间形成梯度变化的条件下进行，即温度随时间逐渐降低，有别于现行的恒温奥氏体化工艺。在梯度奥氏体化条件下，高温有助于奥氏体相的形核，低温有助于减缓已形核的奥氏体晶粒长大。通过本发明的梯度热处理工艺，调控材料组织的状态，可以达到使材料达到强度和塑性良好结合的目的。本发明方法处理后的D406A钢焊接构件，其抗拉强度稍有降低但延伸率有大幅度提升，达到了强塑性良好结合。
本发明用于一种超高强度钢的梯度热处理方法。
附图说明
图1为本发明梯度热处理方法曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
将超高强度钢D406A加热至温度为T1后，以降温速度为5℃/min～10℃/min，将温度从T1降至T2，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为T3下保温t1，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理；
所述的T1＝920℃～950℃；所述的T2＝880℃～920℃；所述的T1-T2＝10℃～70℃；所述的T3＝270℃～290℃；所述的t1＝25min～35min。
本实施方式的有益效果是：超高强度钢的现行热处理工艺为淬火回火热处理。超高强度钢的奥氏体化过程为恒温过程，奥氏体化后进行淬火回火热处理，得到回火马氏体组织，强度较高，韧性塑形较差，综合力学性能不佳。本实施方式的梯度热处理，超纲强度钢的奥氏体化工艺是在温度随时间形成梯度变化的条件下进行，即温度随时间逐渐降低，有别于现行的恒温奥氏体化工艺。在梯度奥氏体化条件下，高温有助于奥氏体相的形核，低温有助于减缓已形核的奥氏体晶粒长大。通过本实施方式的梯度热处理工艺，调控材料组织的状态，可以达到使材料达到强度和塑性良好结合的目的。本实施方式方法处理后的D406A钢焊接构件，其抗拉强度稍有降低但延伸率有大幅度提升，达到了强塑性良好结合。
钢受热升温转变为奥氏体的过程是一种扩散相变。奥氏体的形成包括奥氏体的成核以及奥氏体晶粒的长大。奥氏体的形成温度提高，奥氏体相变驱动力越大，同时扩散系数增大，原子扩散系数增大，奥氏体的形核率会以指数函数关系迅速增大。所以通过提高奥氏体形成温度，大幅度提高奥氏体形核率，更有利于形成细小的起始奥氏体晶粒。奥氏体晶粒的长大过程等于相界面的扩散过程，扩散需要能量，因此长大与温度有必然联系。温度越低越不利于原子的扩散，削弱已形成的奥氏体晶粒长大速度。综上所述，提高奥氏体化温度增加奥氏体相形核率，保证更细小的起始奥氏体晶粒形成，在温度持续降低的奥氏体化过程，供给的能量逐渐减小，原子的扩散逐渐减弱，奥氏体晶粒长大程度减小，有利于得到细小的奥氏体组织。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为5℃/min，将温度从950℃降至900℃，完成梯度奥氏体化。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为7℃/min，将温度从950℃降至880℃，完成梯度奥氏体化。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为10℃/min，将温度从950℃降至900℃，完成梯度奥氏体化。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：油淬后，在温度为280℃下保温30min。其它与具体实施方式一至四相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为5℃/min，将温度从950℃降至900℃，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为280℃下保温30min，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理。
实施例二：
本实施例所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为7℃/min，将温度从950℃降至880℃，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为280℃下保温30min，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理。
实施例三：
本实施例所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，具体是按照以下步骤进行的：
将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为10℃/min，将温度从950℃降至900℃，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为280℃下保温30min，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理。
对比实验：
将超高强度钢D406A加热至温度为920℃后，在温度为920℃下保温10min，完成奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为280℃下保温30min，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的热处理。
对比实验处理后的D406A钢焊接构件室温抗拉强度为1730MPa，屈服强度为1577MPa，延伸率仅为9.0％。
依据GB/T228.1-2010国标，对实施例一至三及对比实验进行抗拉强度、屈服强度及延伸率测试：
实施例一处理后的D406A钢焊接构件室温抗拉强度为1556MPa，屈服强度为1361MPa，延伸率为13.0％。与对比实验相比较，实施例一处理后的D406A钢焊接构件的抗拉强度下降了10.1％，屈服强度下降了13.7％，但延伸率提高了44.4％，综合力学性能较好。
实施例二处理后的D406A钢焊接构件室温抗拉强度为1637MPa，屈服强度为1421MPa，延伸率为13.0％。与对比实验相比较，实施例二处理后的D406A钢焊接构件的抗拉强度下降了5.3％，屈服强度下降了9.9％，但延伸率提高了44.4％，综合力学性能较好。
实施例三处理后的D406A钢焊接构件室温抗拉强度为1641MPa，屈服强度为1436MPa，延伸率为11.0％。与对比实验相比较，实施例三处理后的D406A钢焊接构件的抗拉强度下降了5.1％，屈服强度下降了8.9％，但延伸率提高了22.2％，综合力学性能较好。
由此可知，本发明方法处理后的D406A钢焊接构件，其抗拉强度稍有降低但延伸率有大幅度提升，达到了强塑性良好结合，可广泛应用于固体火箭发动机壳体等。

Claims (5)

1.一种超高强度钢的梯度热处理方法，其特征在于一种超高强度钢的梯度热处理方法是按照以下步骤进行的：
将超高强度钢D406A加热至温度为T1后，以降温速度为5℃/min～10℃/min，将温度从T1降至T2，完成梯度奥氏体化，随后油淬至室温，油淬后，在温度为T3下保温t1，随后油淬至室温，即完成超高强度钢的梯度热处理；
所述的T1＝950℃；所述的T2＝880℃～920℃；所述的T3＝270℃～290℃；所述的t1＝25min～35min。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，其特征在于将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为5℃/min，将温度从950℃降至900℃，完成梯度奥氏体化。
3.根据权利要求1所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，其特征在于将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为7℃/min，将温度从950℃降至880℃，完成梯度奥氏体化。
4.根据权利要求1所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，其特征在于将超高强度钢D406A加热至温度为950℃后，以降温速度为10℃/min，将温度从950℃降至900℃，完成梯度奥氏体化。
5.根据权利要求1所述的一种超高强度钢的梯度热处理方法，其特征在于油淬后，在温度为280℃下保温30min。
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