一种上贝氏体层状组织钢及其制备方法与流程

1.本发明属于金属材料加工技术应用领域，具体涉及一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，以及通过该方法制备得到的上贝氏体层状组织钢。


背景技术：

2.珠光体和上贝氏体都属于层状组织，其特点是强度越高韧性越差，珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织；根据片间距的大小不同，可分成珠光体、索氏体、屈氏体三类。珠光体组织的强度低韧性高，珠光体和上贝氏体都具备层状组织，层间分布着渗碳体，具有其板条越宽强度低，板条越细奥氏体越少的特点。
3.根据日本大森，贝氏体组织分为三类：
4.第一类约在600～500℃之间形成，无碳化物析出，简称无碳化物贝氏体。组织形态由大致平行的f板条组成，在b、f板条之间为富碳的a。f板条较宽、间距较大，随转变温度下降，f板条变窄、间距缩小。富碳的a在随后的冷却过程中可能转变为p、b、m或保持不变。因此无碳化物贝氏体不能单独存在。
5.第二类约在500～450℃之间形成，碳化物在b、f之间析出呈羽毛状，简称上贝氏体。在电镜下，上贝氏体组织为一束大致平行分布，铁素体条间分布与铁素体轴相平行的细条状渗碳体，有较高位错缠结存在。随形成温度的降低，板条变窄α相变薄，强度低韧性差。
6.第三类贝氏体约在450℃～ms之间形成，碳化物分布在b、f内部，简称下贝氏体。在光学显微镜下以55
°
～60
°
呈针状，与片状m相似。下贝氏体铁素体的亚结构与板条马氏体和上贝氏体、铁素体相似，也是缠结位错，板条变细α相变少，强度和韧性高于上贝氏体。
7.贝氏体钢中添加较高的si或al时，具有延缓渗碳体沉淀的作用，阻碍渗碳体析出，推迟奥氏体转变，保留部分奥氏体，但仍会存在少量渗碳体和奥氏体转变过程。
8.国内层状专利虽在a3以下变形，变形后利用高温铁素体和奥氏体转变马氏体组成的层状组织，如专利号cn108018503b、cn109355485a等。即有高温和低温段变形的cn112981277a、cn112280941b专利在b区域以上变形，b区域等温，在m区域贝氏体组织已成型后再变形，下贝氏体变形能引入孪晶界增加位错密度，增加屈服强度，对冲击韧性的影响不大。
9.珠光体和上贝氏体属于层状组织，主要是铁素体与渗碳体组成，强度低韧性相对较高，贝氏体的上贝接近珠光体的组织特点近板条层状，贝氏体、铁素体与渗碳体的组成强度低、韧性差。下贝接近马氏体组织，奥氏体偏少，下贝氏体晶体内外以析出碳化物为主。不管是珠光体与下贝氏体组织的组合还是铁素体与渗碳体组织，都属于硬性组织组合；而理想的组织结构是软硬相交替分布的层状组织。实际上现有诸多技术中一直追求获取下贝氏体组织，但下贝氏体中奥氏体含量低于上贝氏体中奥氏体的含量，而获取奥氏体较软相与贝氏体或马氏体硬相，这类软硬交替分布的层状组织能有效改善组织的强度、韧性和塑性。


技术实现要素：

10.鉴于以上存在的问题本发明目的在于提供一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，同时本发明的另一目的在于提供前述方法制备得到的上贝氏体层状组织钢。
11.发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断改革创新，基于非平衡态和平衡态组织的形变细化诱导，结合珠光体和上贝氏体的层状交替的组织特征，利用较高硅铝含量能将渗碳体置换成奥氏体的思路，上贝氏体组织在电镜下为一束大致平行分布条状混合组织，条状间分布残奥或渗碳体，其含量能决定组织的塑韧性，因此发明一种上贝氏体层状组织钢的制备方法。
12.为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于：将合金组分冶炼成钢坯后，于单一奥氏体区或奥氏体/铁素体或奥氏体/贝氏体铁素体(b、f)两相区保温；保温结束后，执行钢坯变形和细化工序；
13.所述变形和细化工序包括以下步骤中的一段或多段：
14.第一段：单一奥氏体区变形，变形方向沿晶粒纵向横向受力变形；或变形方向不限，累计变形率大于50％，晶格重组细化组织；
15.第二段：a3～珠光体温度范围内变形，使晶格细化的铁素体和奥氏体沿晶粒生长，纵向晶粒横向累计变形10％～80％，孕育板条层状组织；
16.第三段：珠光体～贝氏体温度
±
150℃范围内变形，将宽大初成型的层状贝氏体铁素体和奥氏体沿纵向晶粒，横向累计变形5％～50％，细化板条层状组织；
17.或者所述变形和细化工序为：
18.从单一奥氏体平衡态区到非平衡态区、再到上贝氏体区，沿纵向晶粒生长方向，横向受力累计变形率大于50％，从细化晶格、孕育层状至细化层状直接成型；
19.或者所述细化层状工序为：
20.已成上贝氏体组织的产品加热或不加热至贝氏体区域，沿纵向晶粒生长方向，横向受力累计变形率大于50％，从细化层状直接成型。
21.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，所述变形和细化工序顺次如下：
22.第一段：单一奥氏体区变形，变形方向沿纵向晶粒，横向受力变形；或变形方向不限，累计变形量率大于50％，晶格重组细化组织；
23.第二段：a3～珠光体温度范围内变形，将晶格细化的铁素体和奥氏体沿晶粒纵向/横向累计变形10％～80％，孕育板条层状组织；
24.第三段：珠光体到贝氏体温度范围内变形，将晶粒生长过程中贝氏体铁素体和奥氏体沿晶粒纵向横向累计变形5％～50％，细化板条层状组织。
25.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，所述主要合金组分按质量百分比计，包括：
26.c:0.05～1.5wt％、cr:0.1～5wt％、mn:0.1～9.0wt％、si:0.01～5.0wt％、al:0.01～15.0wt％、mo:0～5.0wt％、ni:0～15.0wt％、w:0～5.0wt％、co:0～5wt％、zn:0～5.0wt％、v:0～5.0wt％、p:0～0.5wt％；附加以下一种或多种合金组分按质量百分比计，还包括：b:0～2wt％、n:0～0.5wt％、nb:0～1.0wt％、re:0～1.0wt％、ti:0～1.0wt％、ca:0～0.5wt％、ce:0～0.5wt％、sb:0～0.5wt％、bi:0～0.5wt％、sn:0～0.5wt％、ga:0～
0.5wt％、mg:0～0.5wt％、cu:0～5wt％，余量为fe。
27.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，所述变形和细化工序采用冷变形、冷拔或热变形工艺执行。
28.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，还包括冶炼合成后由液相转变成固相后最终制成珠光体组织的钢坯至室温保存的步骤。
29.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，钢坯变形和细化工序后，还包括淬火工序：
30.上贝氏体温度区域内成型后采用慢冷或空冷或加速冷却到下贝氏体或马氏体温度区域内预设温度点等温，等温后冷却到室温；
31.或者，最终成型后采用慢冷或空冷或加速冷却降至到室温；
32.或者，最终成型后采用慢冷或空冷或加速冷却到马氏体温度区域内预设温度点等温，等温后再提升到贝氏体温度区域内预设温度点等温，等温后空冷到室温。
33.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，还包括一次或连续多次回火工序：
34.将淬火后的成品从室温再升到100℃～750℃之间的预设温度点等温；
35.或将淬火后产品冷却到0～-200℃之间预设温度点，再升温到100℃～750℃之间的任一温度等温；等温结束后冷却到室温。
36.根据本发明上贝氏体层状组织钢的制备方法的一个实施方式，还包括正火工序：
37.钢坯变形和细化工序经第一段变形后，降到珠光体或贝氏体温度范围内保温获取组织，借用层状组织遗传相的特征后再降至室温；
38.或者，降到马氏体区域再升温到400℃～750℃间预设温度，保温后降至室温，
39.或者，降到马氏体区域再升温到a1以上，再降到马氏体区域再升温到400℃～700℃间预设温度，保温后降至室温；
40.或者，正火加热至a1～1000℃范围内预设温度保温，正火后获取组织为珠光体或贝氏体。
41.本发明还提供了一种前述方法制备得到的上贝氏体层状组织钢，所述方法最终获取板条层状交替组织为贝氏体与奥氏体，或马氏体与奥氏体，或贝马复相与奥氏体的组织，板条大体呈等轴状或块状，b、f板条束尺寸和板条厚度为5μm以下，奥氏体或残奥厚度为2μm以下，允许贝氏体组织中含有少量马氏体、马氏体组织中含有少量贝氏体、层状组织中允许少量的碳化物析出。
42.碳超过0.77wt％过后，为过共析钢，没有贝氏体线出现时，ms点以上可将珠光体区域与贝氏体区域工艺合并统称贝氏体区域变形区；等温淬火在ms点以上等温可统称珠光体层状组织或贝氏体层状组织，等温淬火在ms点以下等温可统称马氏体层状组织或贝氏体层状组织，等温淬火在ms点以下冷却到室温，可统称贝马氏体层状组织或珠马氏体层状组织。
43.本发明主要合金元素和附加元素在上贝氏体层状钢中的作用如下：
44.碳c：主要任务是提高钢强度和硬度，含碳量增加，强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，含碳量在0.77wt％以上时，过共析钢多了一条先共析渗碳体析出线。碳含量控制在0.05～1.5wt％范围内，优选控制在0.1～0.9wt％范围内与mn、cr配合提高和降低变形温度适应现场变形设备的生产。
45.锰mn：主要作用是获取更多奥氏体和提高钢的淬透性，可代替钼或降低钼含量，调节变形和淬火温度，含量1％影响珠光体转变和贝氏体转变的速度，mn含量会随着量的增加右移珠光体出现时间增加贝氏体获取时间，使c曲线右移，mn的作用大于ni，可提锰降镍，锰的含量决定第二段变形温度高低，含量越高变形温度越低，反之亦然。锰的含量能提高或降低变形温度以此适应现场变形设备的生产，锰含量可高达9wt％。
46.铬cr：主要作用提高淬透性，可使珠光体转变与贝氏体转变c曲线部分重叠，在鼻尖以上温度等温形成珠光体，在鼻尖以下温度等温形成贝氏体。添加1wt％cr以上可使c曲线分离或完全分离。铬可使珠光体与贝氏体分离使珠光体转变c曲线移向高温和贝氏体转变c曲线移向低温，在珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过冷奥氏体的高度稳定区。铬使c曲线右移，对贝氏体的推迟作用大于对珠光体的推迟作用，铬的含量决定第二段变形温度高低，含量越高变形温度越低，反之亦然。铬的含量能提高或降低变形温度以适应现场变形设备的生产，铬含量最高5wt％。
47.铝al：主要作用是使铁素体条之间的奥氏体为碳所富集而趋于稳定，阻碍渗碳体析出，溶于奥氏体中，使c曲线右移，也起到细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，铝含量大于3％还能降低钢的密度。铝含量最高15wt％。
48.硅si：主要作用是使铁素体条之间的奥氏体为碳所富集而趋于稳定，阻碍渗碳体析出，在条状铁素体之间形成夹有残余奥氏体的上贝氏体和无碳化物贝氏体组织。硅含量增加易石墨化，增大流动性与铝相互结合提高铝流动性，与cr结合防止石墨化，硅含量最高可达5wt％。
49.钼mo：在钢中能提高淬透性，推迟珠光体转变，对贝氏体转变影响不大，在珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间形成一个过冷奥氏体的高度稳定区。钼参与孕育形成温度较高的层状交替无碳化物贝氏体组织，钼的含量还决定第二段变形温度高低，降cr和mn的含量，提高钼的含量也相应的提高了变形温度，反之亦然。钼可提高回火温度避免回火脆性。钼含量最高5wt％。
50.硼b：主要作用是增加钢的淬透性，降低珠光体转变和贝氏体转变的速度，使c曲线右移，微量的硼可以使奥氏体的稳定性增加。硼可代替ni、cr或mo，以硼代钼应注意，因钼能防止或降低回火脆性，而硼却略有促进回火脆性的倾向，所以不能用硼将钼完全代替。硼含量最高0.5wt％。
51.镍ni：主要作用是降低珠光体转变和贝氏体转变的速度，使c曲线右移，可成连续固溶体并增加奥氏体和残奥的稳定性，强烈提高钢的强度和塑性，又始终使韧性保持极高的水平。当大断面同cr/w或cr/mo结合的时候，淬透性成倍增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限。镍的含量还决定第二段变形温度高低，降cr和mn的含量，提高镍的含量也相应的提高了变形温度，反之亦然。镍含量最高5wt％。
52.铜cu：主要作用是抗大气腐蚀，其作用与ni相似，可与ni和p配合使用时，加入铜还能提高钢的强度和屈服比，替代部分镍使用。铜含量最高5wt％。
53.钨w：主要作用是溶入铁中形成固溶体。推迟珠光体转变，对贝氏体转变影响不大，钨可以降低钢的过热敏感性、增加淬透性和提高硬度。钨含量最高5wt％。
54.锌zn：在贝氏体组织中增大冲击载荷下的裂纹形成功、裂纹扩展功，改善钢基体相的滑移拉延能力，提高冲击韧性，宏观断口上有明显的拉延舌特征。锌含量最高5wt％。
55.钴co：主要溶入a中，使c曲线左移，组织中强化铁素体稳定，对获取贝氏体帮助较大，但是钴可降低钢的淬透性，钴含量最高5wt％。
56.钒v：主要以碳化物的形式存在，在高温段与c、n、nb以纤维状、相间、随机三种模式析出，其主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在时，则会降低淬透性。钒含量最高5wt％。
57.nb、re、ti、ca、ce、sb、bi、sn、ga、mg为辅助元素，可单一添加或复合几种添加，主要与主元素配合使用，起获取组织细化和层状的辅助作用。
58.以上元素选择条件，溶于奥氏体中的，增加过冷奥氏体的稳定性使c曲线右移；未溶入奥氏体的，促进过冷奥氏体的转变使c曲线左移。钴、镍、锰、硅、铜、硼降低珠光体转变和贝氏体转变的速度，使c曲线右移，珠光体转变与贝氏体转变c曲线部分重叠，在鼻尖以上温度等温，形成珠光体；在鼻尖以下温度等温，形成贝氏体。铬、钼、钨、钒、钛等如溶入奥氏体中也能够降低珠光体转变和贝氏体转变的速度，同时还使珠光体转变c曲线移向高温和贝氏体转变c曲线移向低温。在珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现过冷奥氏体的高度稳定区。
59.以上元素选择和用量主要结合现场变形设备的条件选定，变形力小，选择元素应适当提高变形温度，反之亦然。合金元素促使铁素体提前析出板条状，让板条间奥氏体形成富碳奥氏体，保留、阻碍延缓控制渗碳体析出，推迟珠光体转变，将铁素体与奥氏体两相层状组织提高孕育和成型，提前形成近平行的铁素体与奥氏体板条较宽的层状交替组织，为贝氏体铁素体与奥氏体层状组织细化变形做准备。
60.本发明的主体核心思路：利用合金元素组合采用少量多品种的方式将珠光体和上贝氏体近平行组织中的渗碳体，采用硅铝阻碍渗碳体析出置换成残奥(奥氏体)，形成软硬层状交替组织。层状交替组织形成后，随着温度下降板条间距由宽变窄，奥氏体进入不稳定和减少的状态。在上贝氏体区形成奥氏体与贝氏体铁素体(b、f)近平行的软硬交替层状组织，此组织板条间距较宽、强度低、奥氏体易转变。随着冷速的下降，奥氏体含量减少，塑性和韧性降低，贝氏体含量在增加，强度也相应的增加。层状结构板条越细，奥氏体越少，逐渐获取下贝氏体或马氏体的特征。
61.成分技术核心：为了保证奥氏体与贝氏体软硬层状交替最佳的组织特点，既要强度，又要韧性，本专利合金元素制约和牵制关系，在上贝氏体温度区域以上，先用合金诱导析出形成板条较宽的层状交替组织，再采用受力形变细化重组、孕育、引导层状和细化交替组织变形。借用近平行上贝原间距较宽的层状交替组织，在沿层状交替受力引导细化间距变形，达到调节原有上贝层状交替板条间距尺寸过宽、奥氏体不稳定的问题。
62.变形技术核心：a3以上高温度区域变形，主要以重组细化变形，改变奥氏体的晶粒度，晶粒越小，c曲线左移，铁素体析出转变越快。晶粒度大小决定先共析铁素体转析出的温度。a3以下温度区域属于非平衡态组织变形，奥氏体越均匀成分越不均匀，先共析铁素体转变加快，部分c曲线左移，属于孕育层状变形，变形对高温铁素体析出长大孕育中诱导层状变形，对变形的方向、温度和速度有要求。珠光体到上贝氏体温度区域变形，属于层状细化变形成型，将板条和块状的延长细化变形，变形量和方向决定b、f 奥氏体交替间距宽窄和组织的均匀及强韧性的配合。
63.淬火技术核心：变形成层状组织产品后，组织形态属亚稳定的状态，此时借助下贝
氏体或马氏体温度区域等温固定层状组织，形成较细的近平行的板条贫碳贝氏体铁素体和富碳薄膜奥氏体层状交替的稳定组织。
64.本专利实现了近平行上贝软硬交替层状细化的组织，不但提高上贝的强度，同时提高了韧性和塑性，还提高了奥氏体的稳定性便于今后服役过程中会产生良好的trip效应。
65.说明书附图
66.图1是本发明方法上贝氏体层状组织钢整个变形流程示意图。
67.图2是本发明方法上贝氏体层状组织钢单一奥氏体到bf点变形流程示意图。
68.图3是本发明方法上贝氏体层状组织钢a1到bf点变形流程示意图。
具体实施方式
69.下面结合具体实施例进行说明。
70.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
71.本实施例中所描述的贝氏体层状组织钢的制备方法，顺次包括合金冶炼工序、变形工艺正火工序、淬火工序和回火工序。
72.本实施例1
73.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
74.冶炼工艺：
75.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.0wt％、mn:1.0wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:0.2wt％、b:0.002wt％、ni:0.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、ca:0～0.05wt％，余量为fe。
76.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到600℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的铸坯。
77.合金元素合计大概计算过后a3温度808℃、a1温度745℃、bs温度509℃、ms温度390℃变形工艺：
78.加热保温温度、将珠光体组织的铸坯加热到1200℃进行保温，保温8小时。
79.第一段：1200～850℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯；
80.第二段：800℃保温2小时后～500℃温度范围内变形，将四方锻坯沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形30％～上下左右拔长；
81.第三段：500℃保温2小时后～450℃将过程中将板条宽大近平行层状贝氏体铁素体和奥氏体沿纵向晶粒横向缓慢的上下受力累计变形10％，近平行细化板条层状交替组织完成；
82.近平行细化板条层状交替组织完成后在420℃等温9小时候到室温。
83.正火工艺：
84.将变形后的产品加热到920℃，保温时间根据工件厚度计算，空冷到450℃保温时间10小时后到室温，进入淬火工艺程序。或取消正火工艺直接对接下个工艺。
85.淬火工艺：
86.1、高温段：将产品加热到860℃保温，保温后采用水雾冷；
87.2、中段：将水雾冷速到450℃等温6小时；
88.3、低温段：等温后空冷到室温。或取消淬火工艺直接对接下个工艺。
89.回火工艺：
90.250℃保温后到室温。
91.获取组织：
92.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1400兆帕，冲击功v型缺口大于150j。板条晶粒尺寸为0.5μm以下，间距为0.2μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
93.本实施例2
94.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
95.冶炼工艺：
96.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.0wt％、mn:1.0wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:0.2wt％、b:0.002wt％、ni:0.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、ca:0～0.05wt％，余量为fe。
97.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成连铸铸坯。
98.合金元素合计大概计算过后a3温度808℃、a1温度745℃、bs温度509℃、ms点温度390℃。
99.变形工艺：
100.将连铸坯加热到1200℃进行保温，保温后到450℃范围内变形方向沿连铸横向受力变形；多次上下左右下压变形延伸，累计变形量率大于80％，压制成产品再降至420℃缓慢24小时冷却到室温。
101.回火工艺：
102.250℃保温后到室温。
103.获取组织：
104.本实施例获取近板条状贝氏体马氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1500兆帕，冲击功v型缺口大于200j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.2μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
105.本实施例3
106.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
107.冶炼工艺：
108.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.0wt％、mn:0.1wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:
0.5wt％、b:0.002wt％、ni:1.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、余量为fe。
109.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到600℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的铸坯。
110.合金元素合计大概计算过后a3温度880℃、a1温度768℃、bs温度487℃、ms温度393℃。
111.集成变形工艺：
112.加热保温温度、将珠光体组织的铸坯加热到1200℃进行保温，保温8小时。
113.第一段：1200～850℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯；
114.第二段：850～450℃温度范围内变形，沿一个方向上下左右变形拔长，尽量沿板条生长纵向晶粒横向先快后慢的上下左右受力累计变形50％，近平行细化板条层状交替组织完成；
115.近平行细化板条层状交替组织完成后在420℃等温9小时候到室温。
116.回火工艺：
117.350℃保温后到室温。
118.获取组织：
119.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1300兆帕，冲击功v型缺口大于220j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.2μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
120.本实施例4
121.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
122.冶炼工艺：
123.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.0wt％、mn:0.1wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:0.5wt％、b:0.002wt％、ni:1.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、余量为fe。
124.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到600℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的铸坯。
125.合金元素合计大概计算过后a3温度880℃、a1温度768℃、bs温度487℃、ms温度393℃。
126.变形工艺：
127.加热保温温度、将珠光体组织的铸坯加热到1200℃进行保温，保温8小时。
128.第一段：1200～850℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯，将变形后的产品降到到450℃，保温时间24小时后到室温获取上贝氏体组织的锻坯。
129.正火加层状细化工艺：
130.把上贝氏体组织的锻坯加热到950℃左右进行保温再降到750，或直接加热到750℃保温。
131.第二段：750～500℃温度范围内变形，沿一个方向上下左右变形拔长，尽量沿板条生长纵向晶粒横向先快后慢的上下左右受力累计变形50％，近平行细化板条层状交替组织完成；
132.近平行细化板条层状交替组织完成后在440℃等温9小时候到室温。
133.淬火工艺：
134.1、高温段：将产品加热到760℃保温，保温后采用盐浴冷却；
135.2、中段：将盐浴冷却冷速到450℃等温6小时；
136.3、低温段：等温后空冷到室温再升到350摄氏度等温3小时后到室温。
137.回火工艺：
138.再升到300℃保温后到室温。
139.获取组织：
140.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1400兆帕，冲击功v型缺口大于200j。板条晶粒尺寸为0.2μm以下，间距为0.1μm以下。
141.本实施例5
142.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
143.冶炼工艺：
144.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.0wt％、mn:0.1wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:0.5wt％、b:0.002wt％、ni:1.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、余量为fe。
145.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成珠光体组织的铸坯。
146.合金元素合计大概计算过后a3温度880℃、a1温度768℃、bs温度487℃、ms温度393℃。
147.变形工艺：
148.将珠光体组织的轧制过的连铸坯加热到920℃进行保温，保温后降到500℃范围内保温5小时。在500～400℃温度范围内变形，沿一个方向上下左右变形拔长，尽量沿板条生长纵向晶粒横向先快后慢的上下左右受力累计变形20％，变形后再350度保温，保温后到室温。
149.回火工艺：
150.200℃保温后到室温2次回火。
151.获取组织：
152.本实施例获取近板条状贝氏体马氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1500兆帕，冲击功v型缺口大于80j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.2μm以下；直接加热到550℃的板条层状组织中有渗碳体出。
153.本实施例6
154.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
155.冶炼工艺：
156.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.5wt％、mn:2.0wt％、si:1.8wt％、al:0.02wt％、
mo:0.2wt％、zn:0.05wt％、v:0.05wt％、余量为fe。
157.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成连铸坯或轧坯。
158.合金元素合计大概计算过后a3温度832℃、a1温度779℃、bs温度425℃、ms点温度360℃。
159.变形工艺：
160.把连铸坯或轧坯降到或加热到800℃进行保温。
161.在800～450℃温度范围内变形，沿一个方向上下左右变形拔长，尽量沿板条生长纵向晶粒横向先快后慢的上下左右受力累计变形20％，变形后缓慢到堆冷到室温。
162.获取组织：
163.本实施例获取近板条状贝氏体/马氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1100兆帕，冲击功v型缺口大于100j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.2μm以下，板条层状组织中有少量碳化物没有渗碳体的析出。
164.本实施例7
165.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
166.冶炼工艺：
167.选择合金元素c:0.2wt％、cr:1.5wt％、mn:0.1wt％、si:1.8wt％、mo:1.2wt％、v:0.05wt％余量为fe。
168.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成珠光体组织的钢坯。
169.合金元素合计大概计算过后a3温度919℃、a1温度816℃、bs温度448℃、ms点温度396℃。
170.变形工艺：
171.把钢坯加热到800℃进行保温。
172.在800～450℃温度范围内变形，沿一个方向上下左右变形拔长，尽量沿板条生长纵向晶粒横向先快后慢的上下左右受力累计变形60％，变形后将再400度保温，保温后到室温。
173.回火工艺：
174.300℃保温后到室温。
175.获取组织：
176.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1500兆帕，冲击功v型缺口大于80j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.2μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
177.实施例8
178.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
179.冶炼工艺：
180.选择合金元素c:0.7wt％、cr:1.0wt％、mn:1.5wt％、si:1.5wt％、mo:0.5wt％、v:0.03wt％余量为fe。
181.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到550℃保温10小时
后冷却到室温形成珠光体组织的钢坯。
182.合金元素合计大概计算过后a3温度770℃、a1温度772℃、bs温度496℃、ms点温度173℃。
183.变形工艺：
184.加热保温温度、将珠光体组织的钢坯加热到1100℃进行保温，保温10小时。
185.第一段：1100～850℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯；
186.第二段：700～500℃温度范围内变形，将四方锻坯沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形30％～上下左右拔长制成产品；
187.完成后在250℃等温9小时候到室温。
188.正火工艺：
189.将变形后的产品加热到750℃，保温时间根据工件厚度计算，空冷到300℃保温时间10小时后到室温，进入淬火工艺程序。
190.淬火工艺：
191.1、高温段：将产品加热到760℃保温，保温后采用雾冷；
192.2、中段：将雾冷速到250℃等温6小时；
193.3、低温段：等温后空冷到室温。
194.回火工艺：
195.200℃保温后到室温。
196.获取组织：
197.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度2000兆帕，冲击功v型缺口大于50j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.1μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
198.实施例9
199.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
200.冶炼工艺：
201.选择合金元素c:0.7wt％、cr:1.0wt％、mn:1.5wt％、si:1.5wt％、mo:0.5wt％、v:0.03wt％余量为fe。
202.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到550℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的钢坯。
203.合金元素合计大概计算过后a3温度770℃、a1温度772℃、bs温度496℃、ms点温度173℃。
204.变形工艺：
205.加热保温温度、将珠光体组织的钢坯加热到1100℃进行保温，保温10小时。
206.第一段：1100～750℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯；
207.第二段：500～200℃温度范围内变形，将四方锻坯沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形30％～上下左右拔长制成产品；
208.完成后在250℃等温9小时候到室温，再升到230度保温2小时后到室温。
209.回火工艺：
210.200℃保温后到室温。
211.获取组织：
212.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度2000兆帕，冲击功v型缺口大于50j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.1μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
213.实施例10
214.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
215.冶炼工艺：
216.选择合金元素c:0.3wt％、cr:1.0wt％、mn:1.5wt％、si:1.5wt％、mo:0.5wt％、v:0.03wt％余量为fe。
217.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到550℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的钢坯。
218.合金元素合计大概计算过后a3温度828℃、a1温度772℃、bs温度496℃、ms点温度343℃。
219.变形工艺：
220.加热保温温度、将珠光体组织的钢坯加热到1100℃进行保温，保温10小时。
221.第一段：1100～850℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯；
222.第二段：700～450℃温度范围内变形，将四方锻坯沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形30％～上下左右拔长制成产品；
223.完成后在350℃等温9小时候到室温。
224.回火工艺：
225.300℃保温后到室温。
226.获取组织：
227.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1800兆帕，冲击功v型缺口大于100j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.1μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
228.实施例11
229.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
230.冶炼工艺：
231.选择合金元素c:0.9wt％、cr:1.0wt％、mn:0.5wt％、si:1.5wt％、mo:0.5wt％、v:0.03wt％余量为fe。
232.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到550℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的钢坯。
233.合金元素合计大概计算过后a3温度777℃、a1温度782℃、bs温度501℃、ms点温度
119℃。
234.变形工艺：
235.加热保温温度、将珠光体组织的钢坯加热到1100℃进行保温，保温10小时。
236.第一段：1100～850℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于80％，锻成方向锻坯；
237.第二段：700～500℃温度范围内变形，将四方锻坯沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形30％～上下左右拔长制成钢卷产品；
238.完成后在300℃等温48小时候到室温。或可直接使用。
239.正火工艺：
240.将变形后的产品到室温后，在加热到850℃，保温时间根据工件厚度计算，空冷到350℃保温时间48小时后到室温，进入淬火工艺程序。或可省略这道工序。
241.淬火工艺：
242.1、高温段：将产品加热到850℃保温，保温后采用雾冷；
243.2、中段：将雾冷速到350℃等温24小时；
244.3、低温段：等温后空冷到室温。
245.回火工艺：
246.250℃保温后到室温。
247.获取组织：
248.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度2200兆帕，冲击功v型缺口大于70j。板条晶粒尺寸为1μm以下，间距为0.1μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
249.实施例12
250.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
251.冶炼工艺：
252.选择合金元素c:0.2wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:0.2wt％、b:0.002wt％、ni:0.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、ca:0～0.05wt％，余量为fe。
253.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到650℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的铸坯。
254.合金元素合计大概计算过后a3温度894℃、a1温度768℃、bs温度523℃、ms温度409℃。
255.变形工艺：
256.加热保温温度、将珠光体组织的铸坯加热到1200℃进行保温，保温8小时。
257.第一段：900～750℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于30％，最后沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形10％～上下左右拔长制成产品。
258.完成后在450℃等温12小时候到室温。
259.回火工艺：
260.250℃保温后到室温。
261.获取组织：
262.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1400兆帕，冲击功v型缺口大于150j。板条晶粒尺寸为2μm以下，间距为1μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
263.实施例13
264.本实施例所述贝氏体层状组织钢的制备方法，按照冶炼工序、成型工序、正火工序、淬火工序和回火工序顺次处理完成。
265.冶炼工艺：
266.选择合金元素c:0.2wt％、si:0.8wt％、al:1.0wt％、mo:0.2wt％、b:0.002wt％、ni:0.5wt％、co:0.5wt％、zn:0.05wt％、w:0.2wt％、v:0.05wt％、cu:0.2wt％、ca:0～0.05wt％，余量为fe。
267.将前述合金元素组合物进行冶炼后制成模铸钢坯，钢坯冷却到650℃保温10小时后冷却到室温形成珠光体组织的铸坯。
268.合金元素合计大概计算过后a3温度894℃、a1温度768℃、bs温度523℃、ms温度409℃。
269.变形工艺：
270.加热保温温度、将珠光体组织的铸坯加热到1200℃进行保温，保温8小时。
271.第一段：900～500℃变形方向沿模铸晶粒纵向横向受力变形；多次下压变形上下左右，累计变形量率大于30％，最后沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形10％～上下左右拔长制成产品；
272.完成后在450℃等温12小时候到室温。
273.回火工艺：
274.250℃保温后到室温。
275.获取组织：
276.本实施例获取近板条状贝氏体与奥氏体层状交替组织，抗拉强度1400兆帕，冲击功v型缺口大于150j。板条晶粒尺寸为2μm以下，间距为1μm以下，板条层状组织中有少量碳化物析出。
277.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，将合金组分冶炼成钢坯后，于单一奥氏体区或奥氏体/铁素体两相区保温；保温结束后，执行钢坯变形和细化工序；所述变形和细化工序包括以下步骤中的一段或多段：第一段：单一奥氏体区变形，变形方向沿晶粒纵向横向受力变形；或变形方向不限，累计变形量率大于50％，晶格重组细化组织；第二段：a
3-珠光体温度范围内变形，将晶格细化的铁素体和奥氏体沿晶粒生长纵向晶粒横向累计变形10％～80％，孕育板条层状组织；第三段：珠光体到贝氏体温度
±
150℃范围内变形，将宽大初成型层状贝氏体铁素体和奥氏体沿纵向晶粒横向累计变形5％～50％，细化板条层状组织；或者所述变形和细化工序为：从单一奥氏体平衡态区到非平衡态区、再到上贝氏体区，沿纵向晶粒生长方向横向受力累计变形率大于50％，从细化晶格、孕育层状到细化层状直接成型；或者所述细化层状工序为：已成上贝氏体组织的产品加热或不加热到贝氏体区域，沿纵向晶粒生长方向横向受力累计变形率大于50％，从细化层状直接成型。2.根据权利要求1所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，所述变形和细化工序顺次如下：第一段：单一奥氏体区变形，变形方向沿纵向晶粒横向受力变形；或变形方向不限，累计变形量率大于50％，晶格重组细化组织；第二段：a
3-珠光体温度范围内变形，将晶格细化的铁素体和奥氏体沿晶粒纵向/横向累计变形10％～80％，孕育板条层状组织；第三段：珠光体到贝氏体温度范围内变形，将晶粒生长过程中贝氏体铁素体和奥氏体沿晶粒纵向横向累计变形5％～50％，细化板条层状组织。3.根据权利要求1所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，所述合金组分按质量百分比计，包括：c:0.05～1.5wt％、cr:0.1～5wt％、mn:0.1～9.0wt％、si:0.01～5.0wt％、al:0.01～15.0wt％、mo:0～5.0wt％、ni:0～15.0wt％、w:0～5.0wt％、co:0～5wt％、zn:0～5.0wt％、v:0～5.0wt％、p:0～0.5wt％；附加以下一种或多种合金组分按质量百分比计，还包括：b:0～2wt％、n:0～0.5wt％、nb:0～1.0wt％、re:0～1.0wt％、ti:0～1.0wt％、ca:0～0.5wt％、ce:0～0.5wt％、sb:0～0.5wt％、bi:0～0.5wt％、sn:0～0.5wt％、ga:0～0.5wt％、mg:0～0.5wt％、cu:0～5wt％，余量为fe。4.根据权利要求1或2所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，所述变形和细化工序采用冷轧、冷拔或热拔工艺执行。5.根据权利要求3所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，还包括冶炼合成后由液相转变成固相后最终制成珠光体组织的钢坯到室温保存的步骤。6.根据权利要求1或2所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，钢坯变形和细化工序后，还包括淬火工序：上贝氏体温度区域内成型后采用慢冷或空冷或加速冷却到下贝氏体或马氏体温度区域内预设温度点等温，等温后冷却到室温；
或者，最终成型后采用慢冷或空冷或加速冷却降至到室温；或者，最终成型后采用慢冷或空冷或加速冷却到马氏体温度区域内预设温度点等温，等温后再提升到贝氏体温度区域内预设温度点等温，等温后空冷到室温。7.根据权利要求6所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，还包括一次或连续多次回火工序：将淬火后的成品从室温再升到100℃～750℃之间的预设温度点等温；或将淬火后产品冷却到0～-200℃之间预设温度点，再升温到100℃～750℃之间的任一温度等温；等温结束后冷却到室温。8.根据权利要求1或2所述的上贝氏体层状组织钢的制备方法，其特征在于，还包括正火工序：钢坯变形和细化工序经第一段变形后，降到珠光体或贝氏体温度范围内保温获取组织，借用层状组织遗传相的特征后再降到室温；或者，降到马氏体区域再升温到400℃～750℃间预设温度，保温后降至室温，或者，降到马氏体区域再升温到a1以上，再降到马氏体区域再升温到400℃～700℃间预设温度，保温后降至室温；或者，正火加热至a1～1000℃范围内预设温度保温，正火后获取组织为珠光体或贝氏体。9.一种权利要求1～8任一项所述方法制备得到的上贝氏体层状组织钢，其特征在于，所述方法最终获取板条层状交替组织为贝氏体与奥氏体，或马氏体与奥氏体，或贝马复相与奥氏体的组织，板条大体呈等轴状或块状，b、f板条束尺寸和板条厚度为5μm以下，奥氏体或残奥厚度为2μm以下，允许贝氏体组织中含有少量马氏体、马氏体组织中含有少量贝氏体、层状组织中允许少量的碳化物析出。

技术总结
本发明公开一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，将合金组分冶炼成钢坯后，于单一奥氏体区或奥氏体/铁素体或奥氏体/贝氏体铁素体(B、F)两相区保温；保温结束后，执行钢坯变形和细化工序。本发明将合金组分冶炼后，把高温获取的大致平行分布条状上贝组织，条状间分布渗碳体置换成奥氏体，采用压力变形方法将高温形成较宽的混合板条细化，解决了上贝氏体层状板条较宽强度低奥氏体不稳定的问题，本发明既细化了层状组织，又提高了贝氏体的强度和韧性，还稳定残奥，强韧性能超过下贝氏体组织。强韧性能超过下贝氏体组织。强韧性能超过下贝氏体组织。


技术研发人员：刘鑫 朱明
受保护的技术使用者：刘鑫
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25