CN102492824A

CN102492824A - 一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法

Info

Publication number: CN102492824A
Application number: CN2011104125835A
Authority: CN
Inventors: 余伟; 陈银莉; 陈雨来; 唐荻; 蔡庆伍; 刘涛
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法。该工艺其要点在于：将2mm～12mm钢带或钢板，在连续高温热处理炉中加热到820℃-950℃，随即进入多功能冷却装置淬火至200℃～500℃之间的某可控温度，再进入低温炉保温10～40s后，采用中频感应加热炉以10℃/S以上速率加热至300-750℃再进低温炉进行30～200s等温处理，最后多功能冷却装置冷却至室温。热处理后的带钢可以根据需要进行定尺剪切和堆垛，也可直接卷成卷材。该方法可以生产高强度调质处理钢板、Q&P处理钢板、热处理TRIP效应钢板、热处理MS钢板。

Description

一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法

技术领域

本发明涉及高强度高塑性钢带或钢板的制造方法，尤其是涉及一种能获得高强度、高塑性、高韧性钢的热处理方法，通过该热处理方法和装置可以获得改进型调整钢板、Q&P处理钢板、TRIP效应钢板、MS（马氏体）钢板、贝氏体钢板。

背景技术

在过去的几年中现代工业水平对钢材的强度级别以及成形性能有更高的要求，例如建筑行业中塔吊臂、汽车制造业中。如果提高了强度级别将会节省许多能源的消耗，同时也会提高工程机械的安全性能。早期开发与生产高强度钢是采取合金化方法，通过提高碳含量和合金含量实现固溶强化、沉淀强化方法以及相变强化，从而提高强度。这种生产方式合金成本很高，同时钢的焊接性能恶化；同时，随着强度的提高，钢材的塑性及韧性就会有相当大的下降。

综合目前工艺应用和开发的高强度、高塑性的钢带或钢板的热处理工艺，主要包括以下几种：

其一，是采用传统的离线调质（FQT或OQT）工艺，通过淬火和高温回火实现细晶强化、相变强化、固溶强化和沉淀强化，获得钢材韧性与强度的良好配合。传统的调质工艺生产高强度钢组织中碳化物呈条带状分布，影响了韧性和塑性的进一步提高；离线调质工艺需要在一个或两个加热炉两次加热，需要耗费较多加热时间和周转时间，耗能高，生产效率较低。

其二，是采用直接淬火+离线回火（DQT）工艺，除具有离线调质处理的强化方式外，还能保留淬火变形的位错，实现位错强化；因此，相同回火温度下，钢材的强度较离线热处理工艺条件下更高，韧性与强度配合良好。采用该工艺生产钢材的组织中碳化物分布状态与离线调质工艺下基本相同。直接淬火+离线回火工艺利用了轧后余热实现淬火，只需要一次回火加热，耗能相对较低，周转时间缩短，生产效率较高。但是，其缺点也是显而易见的，即是淬火温度由钢带或钢板温度均匀性决定，轧制温度波动、钢带或钢板温度分布不均、钢带或钢板淬火时间不同使淬火温度波动大，控制不严则很容易导致调质后钢带或钢板性能的剧烈波动。

其三，TRIP效应钢板和MS钢是近十多年开发和应用在汽车行业的高强度和高塑性钢板。TRIP效应钢板是多采用冷轧、两相区退火、淬火和等温处理工艺生产，获得铁素体、残余奥氏体和贝氏体的复相组织，具有高抗拉强度和高的延伸率；MS钢采用冷轧、退火、淬火和等温处理工艺生产，获得马氏体、残余奥氏体组织。但是，TRIP效应钢板和MS钢多限制在厚度2.0mm以下的冷轧薄钢板生产，2.0mm以上的更厚规格的热轧或热处理没有得到很好的应用，一方面是现有的热处理工艺生产工艺和装置是为冷轧薄钢板热处理设计，无法适应厚规格钢板的生产；另一方面，中厚板生产中，12mm以下钢板轧制和热处理都存在板形控制、性能均匀性控制难题，热处理工艺也仅仅限于常规的FQT处理或回火（T）处理，产品性能受到制约；热轧带钢的热处理工艺和装置生产高强度、高塑性、高韧性钢板的仍然未见报道。

第四，Speer J.G提出的Q&P（Quenching and Partitioning）工艺，主要是通过淬火和升温后的碳分配来控制室温富碳残余奥氏体的体积分数来提高钢的塑性和韧性。这种工艺和相应的材料研究开发目前仍然停留在实验阶段，但是其应用前景十分广阔。

为解决上述工艺问题，发明了一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法，发明的新方法生产效率高、工艺适应性强；能适应传统调质生产工艺、也能适应TRIP效益、MS钢、热处理贝氏体钢、Q&P处理钢带或钢板的生产，处理后的带钢或钢板具备高强度和更好的塑性和韧性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法，该方法生产的钢带或钢板同时高强度、高韧性，可应用于工程机械用钢、高强度管线钢、容器板、汽车用钢等所需的热处理钢板的生产。

本发明的目的通过以下方式实现:一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将钢带或钢板采用辐射式高温加热炉加热到800℃～950℃；

步骤二：将加热的钢带或钢板出辐射式加热炉后经过多功能冷却装置，将钢板冷却至不同热处理工艺所需的终冷温度200～500℃；

步骤三：将冷却后的带钢或钢板经输送辊道送入低温炉进行200～500℃的等温相变处理，保温时间10～40s；

步骤四：带钢或钢板进入感应加热炉中继续保温，或以10℃/S以上的平均速度加热至300~750℃；

步骤五：带钢或钢板再进入低温炉进行300～750℃保温时间30～200s的碳分配处理或回火处理；

步骤六：钢带或钢板出保温炉后经过多功能冷却装置冷却至室温。

所述连续热处理方法所适应的钢带或钢板厚度范围2-12mm。

所述高温加热炉为辐射式加热炉，低温加热炉为辐射式加热或感应加热炉。

所述多功能冷却装置为气-水混合冷却装置，可以实现气雾冷却、喷水冷却或气雾+喷水组合冷却。所述冷却装置由多组气-水混合（气雾）喷射至完全喷水的可调节冷却喷头组成。

优选方案是，辐射式高温炉、多功能冷却装置和低温炉可以是一套集合装置，实现连续热处理方法特征的步骤一至步骤三的功能。

优选方案是，感应加热炉、低温炉和多功能冷却装置可以是一套集合装置，实现连续热处理方法特征的步骤四至步骤六的功能。

与现有技术相比，本发明有以下优点

1）由于发明方法中设置了淬火、等温处理、快速加热等装置，能实现多钢种和多热处理工艺的柔性生产，该方法具有更强的生产适应性，为生产多规格、多品种创造了条件。

2）由于发明的方法中钢带和钢板加热温度均匀，淬火后温度均匀、板形好；因此，生产的钢带或钢板比采用直接热轧生产或直接淬火+离线回火具有更均匀的力学性能。

3）能通过设置的多功能冷却装置、低温炉、感应加热炉中进行室温和温度可控制的热处理，保证了组织和性能的可控性，可以稳定控制高强度钢板所需的不同金相组织，为产品性能的稳定奠定了基础。

4）能实现热处理的连续生产，提高了热处理生产效率，缩短了回火时间，热处理总能耗较常规钢板离线热处理降低。

本发明适用于生产高强度、高塑性的工程机械、锅炉容器板、抗大变形管线钢带或钢板、船用钢带或钢板、汽车用钢等，包括中厚规格钢带或钢板和薄规格钢带或钢板。

附图说明

图1为高强度钢带或钢板的连续热处理方法流程图；

图2为Q&P钢处理工艺示意图；

图3为调质（QT）钢处理工艺示意图；

图4为TRIP效应钢处理工艺示意图；

图5为MS钢处理工艺示意图；

图6为Q&P钢Q1200热处理后组织示意图；

图7为TRIP1000钢热处理后的组织示意图；

图8为MS1000钢热处理后的组织示意图；

图9为调质钢Q960热处理后的组织示意图；

图中：

1. 带钢	5. 多功能冷却装置	9. 钢板
			2. 输送辊道	6. 低温回火炉	10. 卷取机
3. 夹送辊	7. 感应加热炉	11. 钢带卷
			4. 高温加热炉	8. 钢带分段剪

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1—QP

化学成分为C 0.23%，Si1.55%，Mn1.80%，Cr1.0%，Mo0.30%，Nb 0.05%，Ni 0.25%，Ti 0.015%，B0.0015%，其余Fe。厚度为12mm的 Q1200钢板实施Q&P处理工艺，如图2所示。平直的热轧钢板1，经过输送辊道2和空过状态的夹送辊3a，送入高温辐射式加热炉4中进行加热，加热到910℃，加热后的钢板再进入多功能冷却装置5a进行喷水冷却，冷却速度≥40℃/s，将钢板温度淬火（Quenching）到260℃，钢板经辊道2进入低温炉6a在260℃（即M_s和M_f）之间做等温处理20s，再进入感应加热炉7快速加热到450℃并在低温炉6b保温做碳分配处理（Partitioning），时间约200s；出低温炉6b后采用多功能冷却装置进行气雾冷却，然后经输送辊道冷却，经空过夹送辊3b、空过分段剪8进，得到所需的钢板9。钢板的组织为板条贝氏体、少量残余奥氏体、细小的碳化物，如图6所示。

实施例2—QT

化学成分为C 0.15%，Si0.25%，Mn1.45%，Cr0.36%，Mo0.53%，Nb 0.05%，V0.055%，Ti0.015%，B0.0025%，其余Fe。厚度5mm的Q960钢带或钢板的调质（QT）热处理，如图3所示。平直的热轧钢带1，经过输送辊道2和夹送辊3a，送入高温辐射式加热炉4中进行加热，加热到910℃，加热后的钢带或钢板再进入多功能冷却装置5a进行气雾冷却，冷却速度≥15℃/s，将钢板温度迅速冷却到200℃（M_s温度以下），钢带或钢板经辊道2进入低温炉6a、感应加热炉7和低温炉6b进行加热做回火处理，加热温度660℃，时间约400s；出低温炉6b后采用多功能冷却装置进行气雾冷却，然后经夹送辊3b和输送辊道钢带送入分段剪8进行定尺剪切，剪切后堆垛，得到所需的钢板9；或钢带空过分段剪8后，经卷取机10卷取后得到所需的钢带卷11。钢带的金相组织回火索氏体，如图7所示。

实施例3--TRIP

化学成分为C 0.21%，Si 1.40%，Mn 1.60%，Mo 0.30%，Cr 0.36%，Nb 0.04%，Ti 0.01%，其余为Fe。厚度3.0mm的TRIP1000钢带热处理，如图4所示。平直的热轧钢带1，经过输送辊道2和夹送辊3a，送入高温辐射式加热炉4中进行加热，加热到820℃（Ac1和Ac3温度之间），加热后的钢带再进入多功能冷却装置5a进行前段气雾冷却，前段冷却速度10℃/s，后段冷却速度≥15℃/s，将钢板温度迅速冷却到400℃（Bs和Bf温度之间），钢带经辊道2进入低温炉6a、感应加热炉7和低温炉6b进行时效处理，保温温度400℃～350℃，时间约300s；出低温炉6b后采用多功能冷却装置进行气雾冷却，然后经夹送辊3b和输送辊道钢带送入卷取机10卷取后得到所需的钢带卷11。钢带的组织为铁素体、贝氏体和残余奥氏体，如图8所示。

实施例4--MS

化学成分为C 0.17%，Si 2.1%，Mn 2.20%，Cr 1.00%，Nb 0.03%，Al 0.04%，其余Fe。厚度为8mm的MS1000钢板的热处理，如图5所示。平直的热轧钢板1，经过输送辊道2和空过夹送辊3a，送入高温辐射式加热炉4中进行加热，加热到880℃，加热后的钢带或钢板再进入多功能冷却装置5a进行喷水冷却，冷却速度≥40℃/s，将钢板温度迅速冷却到240℃，钢带或钢板经辊道2进入低温炉6a、感应加热炉7和低温炉6b进行加热做等温时效处理，加热温度240℃，时间约400s；出低温炉6b后采用多功能冷却装置进行气雾冷却至室温，然后经输送辊道冷却，经空过夹送辊3b、空过分段剪8进，得到所需的钢板9。钢板的组织为回火马氏体和少量残余奥氏体，如图9所示。

Claims

1.一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：将钢带或钢板采用高温加热炉加热到800℃～950℃；

步骤二：将加热的钢带或钢板出高温加热炉后经过多功能冷却装置，将钢板冷却至不同热处理工艺所需的终冷温度200～500℃；

2.根据权利要求1所述高强度钢带或钢板的连续热处理方法，其特征在于，步骤一至步骤六所述方法适应的钢带或钢板厚度范围为2-12mm。

3.根据权利要求1所述高强度钢带或钢板的连续热处理方法，其特征在于，高温加热炉为辐射式加热炉，低温加热炉为辐射式加热炉或感应加热炉。

4.根据权利要求1所述高强度钢带或钢板的连续热处理方法，其特征在于，所述多功能冷却装置为气-水混合冷却装置。

5.根据权利要求1所述高强度钢带或钢板的连续热处理方法，其特征在于，所述辐射式高温加热炉、多功能冷却装置和低温炉是一套集合装置，实现连续热处理方法的步骤一至步骤三的功能。

6.根据权利要求1所述高强度钢带或钢板的连续热处理方法，其特征在于，所述感应加热炉、低温炉和多功能冷却装置是一套集合装置，实现连续热处理方法特征的步骤四至步骤六的功能。