新材料及其应用

本发明公开了一种Nb‑V微合金化抗氢脆高强韧40CrNiMo钢及其制备方法，40CrNiMo钢内添加有Nb元素和V元素，且Nb元素与V元素的质量比为4‑6，且所述Nb元素和V元素的含量之和≤1.0%。本发明通过Nb‑V微合金化设计、循环淬火晶粒细化和低温Q‑P热处理工艺奥氏体组织调控，获得高密度纳米微合金析出物、超细和含奥氏体40CrNiMo钢，实现40CrNiMo钢力学性能和抗氢脆性能同时提高的目的。

随着汽车、风电、高铁和基础设施等快速发展，齿轮作为关键部件得到了越来越多的重视。40CrNiMo钢作为齿轮的常用钢种，具有强度高、韧性和淬透性好、表面硬化耐磨性高、渗碳淬火后韧性好等特点，广泛应用于机械设备齿轮的设计制造中。

目前，40CrNiMo钢的热处理工艺通常为淬火+回火。淬火可以使齿轮钢获得高强度的马氏体，回火则使齿轮钢在马氏体基体内析出碳化物并消除应力。在随后的塑性变形过程中，基体马氏体提高齿轮钢的强度；残余奥氏体能够在疲劳服役过程中发生马氏体相变，产生表面硬化和残余压应力，抑制裂纹产生和扩展，提高齿轮钢的塑性和寿命；硬质碳化物则能够钉扎位错运动，提高材料的加工硬化能力和耐磨性。因此尺寸钢的良好强韧性匹配与基体马氏体、残余奥氏体和碳化物的形态、分布和体积分数密切相关。因此，探索一种调控齿轮钢中残余奥氏体相分数的热处理工艺，对于进一步提高齿轮钢的强韧性意义重大。

与现有技术相比，此技术产生的效益：

 (1)本发明通过Nb‑V微合金化形成高密度微合金析出物，从而形成大量氢陷阱，不仅提高了材料的抗氢脆性能，还能细化晶粒尺寸；

(2)本发明充分考虑了Nb和V的析出属性不同，设置了Nb和V元素含量的重量比，使微合金充分发挥作用，避免微合金浪费；

(3)本发明采用循环淬火工艺，利用奥氏体和马氏体的循环再结晶，细化40CrNiMo钢晶粒尺寸，一方面可提高材料强塑性，另一方面可进一步提高材料抗氢脆性能；

(4)本发明采用低温Q‑P工艺，引入高稳定性残余奥氏体(其形貌为超细板条状)，较常规Q‑P工艺具有更高的机械稳定性，一方面有利于形成稳定氢陷阱，另一方面可提高提高材料强塑性；

(5)本发明通过上述微观机制的耦合作用，可显著提高40CrNiMo钢的综合力学性能和抗氢脆性能，有利于延长40CrNiMo钢的服役寿命。

(6)本发明采用快速加热和冷却，可以利用重质原子的偏析抑制晶界迁移，细化晶粒尺寸。