本發明涉及煉鋼工藝，特別涉及一種超強鋼強韌化處理工藝。

背景技術：

AerMet系列鋼是美國Carpenter技術公司在二次硬化超高強度鋼AF1410的基礎上研制出的Fe-Ni-Co系超高強度鋼。由最初的AerMet 100到AerMet 310再到AerMet 340等開發出了一系列鋼種。該系列合金鋼具有超高強度和良好韌性，同時具備裂紋擴展速率低、斷裂韌性高的優點，可承受高應力和大沖擊載荷，廣泛應用于軍事裝備與航空領域，如飛機大梁、起落架、發動機主軸等。超高強度鋼是航空領域不可缺少的結構材料，在今天和可預見的未來都將是一種關鍵材料。

隨著航空及軍事工業的發展，特別是航空航天構件采用耐久性損傷容限設計準則后，對進一步提升超高強度鋼強韌性提出更高要求。在AerMet系列鋼成分不變的情況下，其強韌性很大程度受熱處理工藝影響。該系列超高強鋼由于含有大量Co、Ni等貴重戰略性元素，成本昂貴，而如何在不提高制造成本的基礎上，通過合理的熱處理工藝，以進一步提高其強韌性就顯得十分必要。因此，目前迫切需要開發一種新型超高強鋼的強韌化處理工藝。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種超強鋼強韌化處理工藝，能夠：(a)組織細化，獲得“板條馬氏體+逆轉變奧氏體+碳化物”混合組織，有效阻礙裂紋擴展，顯著提高超高強鋼的強韌性；(b)強韌性提高，通過引入深冷處理工藝，提高韌性同時保持高強度；(c)根據不同場合對性能的需求，工藝可控性增強進一步提高其強韌性，滿足高性能產品的需求。

為了達到上述目的，本發明所提供的技術方案為:

一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：超高強鋼加熱至1150～1200℃進行擴散處理，保溫18～24小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，保溫0.5～1小時，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行850～890℃單相區淬火，保溫0.5～1小時，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復上述步驟二和步驟三n次(n≥0)，得到細化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細化板條馬氏體組織經液氮冷卻至-196℃，保溫1～2小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行470～550℃回火處理，保溫3～5小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

所述的步驟一中的超高強鋼，化學成分為：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。

本發明的有益效果：

1、先進行臨界區淬火(加熱溫度較低，見圖1步驟[2])，得到位向關系完全不同的兩種馬氏體復合組織：“新生馬氏體+原始馬氏體”；再進行單相區淬火(加熱溫度較高，見圖1步驟[3])，此時，兩種不同的馬氏體會阻礙奧氏體晶粒長大，最終得到組織細小、位向關系的板條馬氏體，有效阻礙裂紋擴展，可顯著提高超高強鋼的強韌性；

2、對步驟二與步驟三進行多次循環處理(見圖1虛線框)，可顯著細化板條馬氏體組織，以進一步提高超高強鋼強韌性，滿足高性能產品的需求；

3、調控步驟六的回火溫度與時間，對逆轉變奧氏體及析出碳化物含量進行控制，選取不同溫度與時間組合，得到合適強韌性配合，滿足不同場合需求。

附圖說明

圖1為本發明的工藝示意圖。

具體實施方式

實施例1

參照圖1，一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強鋼加熱至1150℃進行擴散處理，保溫18小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，保溫0.5小時，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行850℃單相區淬火，保溫0.5小時，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復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液氮冷卻至-196℃，保溫1小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行470℃回火處理，保溫3小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對實施例1中的得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織進行力學性能測試，屈服強度為：2085MPa、抗力強度為：2380MPa、沖擊功(-196℃)為：20J。

實施例2

參照圖1，一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：超高強鋼加熱至1180℃進行擴散處理，保溫20小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行870℃單相區淬火，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液氮冷卻至-196℃，保溫1.5小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行510℃回火處理，保溫4小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對實施例2中得到的得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織進行力學性能測試，屈服強度為：2095MPa、抗力強度為：2410MPa、沖擊功(-196℃)為：20.5J。

實施例3

參照圖1，一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 100超高強鋼加熱至1200℃進行擴散處理，保溫24小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，保溫1小時，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行890℃單相區淬火，保溫1小時，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復上述步驟二和步驟三0次(n≥0)；

步驟五：板條馬氏體組織經液氮冷卻至-196℃，保溫2小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行550℃回火處理，保溫5小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對實施例3中得到的“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學性能進行測試，屈服強度為：2140MPa、抗力強度為：2460MPa、沖擊功(-196℃)為：22J。

實施例4

參照圖1，一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強鋼至1150℃進行擴散處理，保溫18小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，保溫0.5小時，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行850℃單相區淬火，保溫0.5小時，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復上述步驟二和步驟三1次，得到細化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細化板條馬氏體組織經液氮冷卻至-196℃，保溫1小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行470℃回火處理，保溫3小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對實施例4“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學性能進行測試，屈服強度為：2115MPa、抗力強度為：2420MPa、沖擊功(-196℃)為：19J。

實施例5

參照圖1，一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強鋼加熱至1185℃進行擴散處理，保溫22小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行870℃單相區淬火，保溫45分鐘，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復上述步驟二和步驟三1次，得到細化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細化板條馬氏體組織經液氮冷卻至-196℃，保溫1.5小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行510℃回火處理，保溫4小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對實施例5中得到的得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學性能進行測試，屈服強度為：2135MPa、抗力強度為：2455MPa、沖擊功(-196℃)為：20J。

實施例6

參照圖1，一種超強鋼強韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：AerMet 310超高強鋼加熱至1200℃進行擴散處理，保溫24小時，隨后冷卻至室溫得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：臨界區淬火：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，保溫1小時，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：單相區淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”混合組織進行890℃單相區淬火，保溫1小時，之后油淬至室溫，得到板條馬氏體組織；

步驟四：重復上述步驟二和步驟三1次，得到細化板條馬氏體組織；

步驟五：將步驟四中得到的細化板條馬氏體組織經液氮冷卻至-196℃，保溫2小時，之后回溫至室溫，得到均勻細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小的板條馬氏體組織進行550℃回火處理，保溫5小時，得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織。

對實施例6得到“細小板條馬氏體+逆轉奧氏體+少量碳化物”混合組織的力學性能進行測試，屈服強度為：2180MPa、抗力強度為：2495MPa、沖擊功(-196℃)為：21J。