CN102732710A - 一种大厚度钢板热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大厚度钢板热处理方法，包括以下步骤:（1）加热：大厚度钢板加热可以在外部机械炉、车底炉或井式炉加热正火;（2）升温速度：装炉温度低于400℃，升温速度在80~120℃/h；（3）保温时间：当加热达到工艺温度后,保温时间为1.8~2.0min/mm（钢板厚度），以确保整个钢板完全奥氏体化并且均匀化；（4）冷却工艺：采用水-空-水-空间隙循环的冷却工艺。本发明是对大厚度钢板正火后采用分时控温、控冷，使钢板心部与表面组织达到一致，同时又能够避免表面出现异常组织（控制冷速），通过快速冷却，增加珠光体形核率，抑制铁素体长大，细化了转变组织，因此，通过本发明生产的大厚度钢板具有以下优点：（1）力学性能大幅提高；（2）不同板厚处力学性能差异小；（3）钢板不同板厚处组织细小均匀。

Description

一种大厚度钢板热处理方法

技术领域

本发明涉及一种大厚度钢板的热处理方法,尤其涉及一种低合金类大厚度钢板正火工艺及正火后加速冷却的方法，属于宽厚钢板热处理技术领域。 

背景技术

近年来，随着风电、水电、核电、海洋平台工程等大型装备行业的迅猛发展，市场对于大厚度、大单重的钢板的需求越来越大。特别是厚度大于200mm以上的大单重钢板，国内生产的钢板不管是生产能力还是性能，还不能满足市场需求，很多通过锻造生产，但锻件表面加工余量大，成本高。 

正火能够细化晶粒，均匀化组织，力学性能优异，因此，一般的大厚度钢板都是经过正火或正火加回火交货的。正火后空冷的传统工艺所生产的钢板性能已经不能满足性能较高的要求，如不同板厚处的性能的一致性。近年来，随着人们对正火工艺的认识，开始尝试正火后加速冷却工艺，如风冷、雾冷、水冷等，通过加速冷却能够增加珠光体形核率，抑制铁素体长大，进而细化组织提高钢板屈服、强度、冲击韧性等性能，降低合金使用量，节约成本。然而加速冷却工艺不当，钢板容易出现异常组织，残余应力增加，力学性能变差。例如：（1）特厚钢板入水冷却时间短，钢板心部冷却不透，导致表面与心部组织不均匀；（2）如果入水冷却时间较长，能保证钢板心部冷却透，钢板表面冷速较快，容易出现贝氏体甚至马氏体异常组织，钢板返红温度较低，这种异常组织得不到分解，致使钢板塑韧性变差，也不利于后续机加工，同时钢板表面与心部温差较大，残余应力增加，增加开裂的危险性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种大厚度钢板的热处理方法，即大厚度钢板（200~400mm）正火工艺及其正火后的冷却工艺，以使钢板不同厚度层组织均匀细小，性能趋于一致，屈服、强度、冲击韧性大幅提高，同时钢板抗层状撕裂性能优良，钢板残余内应力较低。 

   为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种大厚度钢板热处理方法，包括以下步骤: 

（1）加热：大厚度钢板加热可以在外部机械炉、车底炉或井式炉加热正火，加热的奥氏体化温度为AC3+40~75℃；

（2）升温速度：装炉温度低于400℃，升温速度在80~120℃/h；

（3）保温时间：当加热达到工艺温度后AC3+40~60℃，保温时间为1.8~2.0min/mm（钢板厚度），以确保整个钢板完全奥氏体化并且均匀化；

（4）冷却工艺：采用水-空-水-空间隙循环的冷却工艺；其步骤如下：

对于板厚介于200~400mm的大厚度钢板，可以在外部机械炉、车底炉加热正火，正火后的冷却可以按以下步骤：钢板入水槽停留1~3分钟，出水槽在空气中停留3~6分钟，控制其返红温度，为Ar1以下30~80℃，然后再次入水槽停留0.5~1.5分钟，出水空冷。选择水-空-水-空的冷却方式，以此来控制钢板不同厚度层组织，保证其组织细小及转变的均匀性，同时能够避免钢板在水槽中长时间冷却表面出现异常组织，降低残余应力，减少开裂的危险性。

所述的大厚度钢板的厚度为200~400mm。 

步骤(1)中的正火温度为AC3+40~75℃；AC3是加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度。 

步骤(3)所述的工艺温度为AC3+40~75℃。 

本发明是对大厚度钢板正火后采用分时控温、控冷，使钢板心部与表面组织达到一致，同时又能够避免表面出现异常组织（控制冷速），通过快速冷却，增加珠光体形核率，抑制铁素体长大，细化了转变组织，因此，通过本发明生产的大厚度钢板具有以下优点：（1）力学性能大幅提高，对于屈服强度级别为345MPa的钢种，如Q345系列、欧标的S355系列、P355系列、36公斤级的船板海洋平台用钢E36、D36等，通过正火后快速冷却，钢板屈服强度提高80~100MPa，冲击韧性提高50~120焦，而延伸率采用传统正火工艺为26%~32%,加速冷却后为24%~30%，未见明显降低，因此具有良好的塑韧性。（2）不同板厚处力学性能差异小，通过对钢板不同厚度层的力学性能进行评定分析，发现板厚二分之一处、四分之一和表面力学性能差异较小，以360mm厚Q460C为例，表面、板厚四分之一处、二分之一处屈服强度分别为412MPa、400MPa、395MPa，抗拉强度分别为605MPa、595MPa、587MPa，各个厚度层拉伸性能相差不超过20MPa。（3）钢板不同板厚处组织细小均匀，通过对铁素体晶粒度进行评定，同板不同厚度处铁素体晶粒度基本一致，板厚四分之一处、二分之一处晶粒度分别为8.0级和7.5级。（4）采用本发明生产的钢板，在不增加碳当量和贵重合金的情况下，力学性能大幅提高，因此，碳当量可适当降低，易焊接，减少合金加入量节约成本。 

具体实施方式

实施例1 

钢种：S355J2+N；厚度规格：240mm，在外机炉正火，正火温度910±10℃，保温系数2.0min/mm（钢板厚度），装炉温度为350℃，升温速度在110℃/h。钢板出车底炉后及时入水，入水1.5分钟后出水空冷6分钟，钢板返红温度为690℃，二次入水0.5分钟，然后出水空冷，冷至室温后取样检验，钢板板厚四分之一性能：屈服强度405MPa，强度575 MPa，延伸率29%，-40℃冲击功平均166焦；板厚二分之一处性能：390MPa，强度560 MPa，延伸率27%，-40℃冲击功平均126焦。钢板整个厚度层均为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度达8.5级。

实施例2 

钢种：Q460C；厚度规格：400mm，在外机炉正火，正火温度900±10℃，保温系数1.8min/mm（钢板厚度），装炉温度为300℃，升温速度在90℃/h。钢板出车底炉后及时入水，入水3分钟后出水空冷10分钟，钢板返红温度为720℃，二次入水1.5分钟，然后出水空冷，返红温度为420℃，冷至室温后取样检验，钢板板厚四分之一性能：屈服强度430MPa，强度600 MPa，延伸率26%，0℃冲击功平均118焦；板厚二分之一处性能：420MPa，强度583 MPa，延伸率24%，0℃冲击功平均106焦。钢板整个厚度层均为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度达8.0级。 

Claims (5)

1.一种大厚度钢板热处理方法，其特征在于：包括以下步骤:

（1）加热：大厚度钢板加热可以在外部机械炉、车底炉或井式炉加热正火;

（2）升温速度：装炉温度低于400℃，升温速度在80~120℃/h；

（3）保温时间：当加热达到工艺温度后,保温时间为1.8~2.0min/mm（钢板厚度），以确保整个钢板完全奥氏体化并且均匀化；

（4）冷却工艺：采用水-空-水-空间隙循环的冷却工艺。

2.根据权利要求1所述的大厚度钢板热处理方法，其特征在于：所述的大厚度钢板的厚度为200~400mm。

3.根据权利要求1所述的大厚度钢板热处理方法，其特征在于：步骤(1)中的正火温度为AC3+40~75℃。

4.根据权利要求1所述的大厚度钢板热处理方法，其特征在于：步骤(3)所述的工艺温度为AC3+40~75℃。

5.根据权利要求1或2所述的大厚度钢板热处理方法，其特征在于：步骤（4）具体方法如下：对于板厚介于200~400mm的大厚度钢板，可以在外部机械炉、车底炉加热正火，正火后的冷却可以按以下步骤：钢板入水槽停留1~3分钟，出水槽在空气中停留3~6分钟，然后再次入水槽停留0.5~1.5分钟，出水空冷。