本發(fā)明涉及煉鋼工藝，特別涉及一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝。

背景技術(shù)：

AerMet系列鋼是美國Carpenter技術(shù)公司在二次硬化超高強(qiáng)度鋼AF1410的基礎(chǔ)上研制出的Fe-Ni-Co系超高強(qiáng)度鋼。由最初的AerMet 100到AerMet 310再到AerMet 340等開發(fā)出了一系列鋼種。該系列合金鋼具有超高強(qiáng)度和良好韌性，同時(shí)具備裂紋擴(kuò)展速率低、斷裂韌性高的優(yōu)點(diǎn)，可承受高應(yīng)力和大沖擊載荷，廣泛應(yīng)用于軍事裝備與航空領(lǐng)域，如飛機(jī)大梁、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等。超高強(qiáng)度鋼是航空領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)材料，在今天和可預(yù)見的未來都將是一種關(guān)鍵材料。

隨著航空及軍事工業(yè)的發(fā)展，特別是航空航天構(gòu)件采用耐久性損傷容限設(shè)計(jì)準(zhǔn)則后，對(duì)進(jìn)一步提升超高強(qiáng)度鋼強(qiáng)韌性提出更高要求。在AerMet系列鋼成分不變的情況下，其強(qiáng)韌性很大程度受熱處理工藝影響。該系列超高強(qiáng)鋼由于含有大量Co、Ni等貴重戰(zhàn)略性元素，成本昂貴，而如何在不提高制造成本的基礎(chǔ)上，通過合理的熱處理工藝，以進(jìn)一步提高其強(qiáng)韌性就顯得十分必要。因此，目前迫切需要開發(fā)一種新型超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)韌化處理工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，能夠：(a)組織細(xì)化，獲得“板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)變奧氏體+碳化物”混合組織，有效阻礙裂紋擴(kuò)展，顯著提高超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)韌性；(b)強(qiáng)韌性提高，通過引入深冷處理工藝，提高韌性同時(shí)保持高強(qiáng)度；(c)根據(jù)不同場(chǎng)合對(duì)性能的需求，工藝可控性增強(qiáng)進(jìn)一步提高其強(qiáng)韌性，滿足高性能產(chǎn)品的需求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:

一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：超高強(qiáng)鋼加熱至1150～1200℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫18～24小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至680～740℃兩相區(qū)，保溫0.5～1小時(shí)，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行850～890℃單相區(qū)淬火，保溫0.5～1小時(shí)，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三n次(n≥0)，得到細(xì)化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細(xì)化板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫1～2小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行470～550℃回火處理，保溫3～5小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

所述的步驟一中的超高強(qiáng)鋼，化學(xué)成分為：碳含量C＝0.25～0.35％、鎳含量Ni＝11～12％、鈷含量Co＝13～16％、鉻含量Cr＝2～3％、鉬含量Mo＝1～2％，同時(shí)含有其他微量元素(Mn、Si)，余量為鐵Fe。

所述的步驟一中的冷卻至室溫的方式為霧冷和油冷中的一種。

本發(fā)明的有益效果：

1、先進(jìn)行臨界區(qū)淬火(加熱溫度較低，見圖1步驟[2])，得到位向關(guān)系完全不同的兩種馬氏體復(fù)合組織：“新生馬氏體+原始馬氏體”；再進(jìn)行單相區(qū)淬火(加熱溫度較高，見圖1步驟[3])，此時(shí)，兩種不同的馬氏體會(huì)阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，最終得到組織細(xì)小、位向關(guān)系的板條馬氏體，有效阻礙裂紋擴(kuò)展，可顯著提高超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)韌性；

2、對(duì)步驟二與步驟三進(jìn)行多次循環(huán)處理(見圖1虛線框)，可顯著細(xì)化板條馬氏體組織，以進(jìn)一步提高超高強(qiáng)鋼強(qiáng)韌性，滿足高性能產(chǎn)品的需求；

3、調(diào)控步驟六的回火溫度與時(shí)間，對(duì)逆轉(zhuǎn)變奧氏體及析出碳化物含量進(jìn)行控制，選取不同溫度與時(shí)間組合，得到合適強(qiáng)韌性配合，滿足不同場(chǎng)合需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參照?qǐng)D1，一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強(qiáng)鋼加熱至1150℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫18小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至680℃兩相區(qū)，保溫0.5小時(shí)，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行850℃單相區(qū)淬火，保溫0.5小時(shí)，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三0次(n≥0)；

步驟五：將板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫1小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行470℃回火處理，保溫3小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對(duì)實(shí)施例1中的得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，屈服強(qiáng)度為：2085MPa、抗力強(qiáng)度為：2380MPa、沖擊功(-196℃)為：20J。

實(shí)施例2

參照?qǐng)D1，一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：超高強(qiáng)鋼加熱至1180℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫20小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至700℃兩相區(qū)，保溫45分鐘，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行870℃單相區(qū)淬火，保溫45分鐘，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三0次；

步驟五：將得到的板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫1.5小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行510℃回火處理，保溫4小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對(duì)實(shí)施例2中得到的得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，屈服強(qiáng)度為：2095MPa、抗力強(qiáng)度為：2410MPa、沖擊功(-196℃)為：20.5J。

實(shí)施例3

參照?qǐng)D1，一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 100超高強(qiáng)鋼加熱至1200℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫24小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至740℃兩相區(qū)，保溫1小時(shí)，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行890℃單相區(qū)淬火，保溫1小時(shí)，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三0次(n≥0)；

步驟五：板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫2小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行550℃回火處理，保溫5小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對(duì)實(shí)施例3中得到的“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，屈服強(qiáng)度為：2140MPa、抗力強(qiáng)度為：2460MPa、沖擊功(-196℃)為：22J。

實(shí)施例4

參照?qǐng)D1，一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強(qiáng)鋼至1150℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫18小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至680℃兩相區(qū)，保溫0.5小時(shí)，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行850℃單相區(qū)淬火，保溫0.5小時(shí)，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三1次，得到細(xì)化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細(xì)化板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫1小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行470℃回火處理，保溫3小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對(duì)實(shí)施例4“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，屈服強(qiáng)度為：2115MPa、抗力強(qiáng)度為：2420MPa、沖擊功(-196℃)為：19J。

實(shí)施例5

參照?qǐng)D1，一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強(qiáng)鋼加熱至1185℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫22小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至710℃兩相區(qū)，保溫45分鐘，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行870℃單相區(qū)淬火，保溫45分鐘，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三1次，得到細(xì)化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細(xì)化板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫1.5小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行510℃回火處理，保溫4小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對(duì)實(shí)施例5中得到的得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，屈服強(qiáng)度為：2135MPa、抗力強(qiáng)度為：2455MPa、沖擊功(-196℃)為：20J。

實(shí)施例6

參照?qǐng)D1，一種超強(qiáng)鋼強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強(qiáng)鋼加熱至1200℃進(jìn)行擴(kuò)散處理，保溫24小時(shí)，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至740℃兩相區(qū)，保溫1小時(shí)，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織；

步驟三：?jiǎn)蜗鄥^(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進(jìn)行890℃單相區(qū)淬火，保溫1小時(shí)，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復(fù)上述步驟二和步驟三1次，得到細(xì)化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細(xì)化板條馬氏體組織經(jīng)液氮冷卻至-196℃，保溫2小時(shí)，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟六：回火處理：將步驟五中得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行550℃回火處理，保溫5小時(shí)，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對(duì)實(shí)施例6得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，屈服強(qiáng)度為：2180MPa、抗力強(qiáng)度為：2495MPa、沖擊功(-196℃)為：21J。