CN102864299B - 一种超高强度钢的等温转变热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高强度钢的等温转变热处理方法，该方法包括下述步骤：将轧制后的钢材进行直接淬火，淬火起始温度为850-900℃，终淬火温度为150-250℃；对淬火后的钢材进行保温，保温时间为0.1-0.5min/mm，这里，mm是指钢材厚度或半径的单位；对保温后的钢材进行在线加热回火，在线回火保温温度范围为200-350℃，回火保温时间为2-6min/mm，这里，mm是指钢材厚度或半径的单位；在回火处理后，将钢材冷却至室温。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体地说，本发明涉及一种超高强度钢的等温转变热处理方法。
背景技术
热处理是将材料放入一定的介质中进行加热、保温、冷却的若干次有机组合以获得理想的组织和性能的处理过程。根据热处理的作用，钢材常见的热处理工艺有退火、淬火、回火等工艺。
淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间后，很快放入淬火介质中，以大于临界冷却速度的速度急速冷却的热处理方法，在此过程中，钢材温度骤然降低到某些相变温度点，发生某些不平衡相变反应，获得马氏体、贝氏体或其他复相组织。
回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。根据回火温度的高低，分为低温回火、中温回火和高温回火。
对于轧制钢材来说，根据是否在轧制生产线上进行热处理，钢材热处理分为离线热处理和在线热处理两种。在线热处理是指利用钢材热轧后的潜热或余热，控制钢材轧制后的冷却速度，在温度变化过程中获得理想的组织与性能的热处理过程。随着轧制机械装备的发展，以及钢铁工业降低生产成本的需要，越来越多的钢材可以进行在线热处理。
高强度马氏体钢在淬火后，在Ms-Mf之间的一定温度等温，使碳由马氏体分配至残余奥氏体，以稳定残余奥氏体，提高钢的塑性和韧性，这成为一种热处理工艺，即淬火-碳分配工艺。在此基础上，提出了淬火-碳分配-回火热处理工艺。利用淬火-碳分配-回火工艺，大大提高了材料的强度，形成了一系列的超高强度钢。淬火-碳分配-低温回火超强钢的离线热处理比较复杂。例如，2011年第五期《热处理》公开了一种《淬火-分配-回火工艺和多循环淬火-分配-回火工艺》对于2000MPa级别钢的(Q-P-T)淬火-分配-回火热处理工艺需要将冷却后的钢材重新加热，进行奥氏体淬火、碳分配、低温回火处理：奥氏体淬火温度为800-850℃，碳分配温度为90-200℃，低温回火温度为120-300℃。此工艺是离线热处理过程，但工艺复杂，随之带来能耗的增加和成本的提高等问题。
发明内容
为了解决现有技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种经济、高效、节能的在线热处理方法，该方法不需要离线加热淬火、回火等工艺，降低了生产成本，保存了轧制硬化，提高了性能，减少了氧化烧损。
本发明的一方面提供了一种超高强度钢的等温转变热处理方法，该方法包括下述步骤：将轧制后的钢材进行直接淬火，淬火起始温度为850-900℃，淬火结束温度为150-250℃；对淬火后的钢材进行保温，保温时间为0.1-0.5min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位；对保温后的钢材进行在线加热回火，在线回火保温温度范围为200-350℃，回火保温时间为2-6min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位；在回火处理后，将钢材冷却至室温。
根据本发明的一方面，淬火结束温度可为180-230℃。
根据本发明的一方面，在对淬火后的钢材进行保温的步骤中，保温时间可为0.2-0.3min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位。
根据本发明的一方面，在对保温后的钢材进行在线加热回火的步骤中，回火保温温度范围可为250-300℃，保温时间可为3-4min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位。
根据本发明的一方面，在线加热回火方法可包括在线感应加热或者使钢材进入具有加热功能的保温坑中。
根据本发明的一方面，回火处理后的冷却方法可包括空冷、水冷和风冷。优选地，回火处理后的冷却方法为水冷。
根据本发明的超高强度钢的等温转变热处理方法具有下述优点中的至少一种：
(1)轧后直接淬火：利用轧制后钢材的余热，不需要加热，从而能够节约能源，降低成本；对轧制后的钢材直接淬火，减少了回复和加热引起的动态再结晶，保存了轧制过程中能够引起加工硬化的位错、孪晶等显微结构，从而提高了钢材淬火后的力学性能，同时减少离线淬火加热时引起的氧化现象。
(2)碳分配：直接淬火后进行碳分配，碳由马氏体分配至残余奥氏体，同时能够减小因直接淬火引起的淬火应力，减小由淬火变形引起的板形变化倾向。
本发明提出了一种在线直接淬火、碳分配工艺，因此能够简化生产工艺，并且能够降低生产能耗与生产成本。
附图说明
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明示例性实施例的一种超高强度钢的等温转变热处理装置的示意图；
图2是根据本发明示例性实施例的一种超高强度钢的等温转变热处理方法的示意图。
在附图中，各标号的含义为：1-加热炉，2-粗轧机，3-精轧机，4-热矫直机，5-直接淬火装置，6-在线加热装置，7-淬火(冷却)装置。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例，然而，本领域普通技术人员应当理解，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员，而不应当将实施例解释为限制本发明的范围。
图1是根据本发明示例性实施例的一种超高强度钢的等温转变热处理装置的示意图。图2是根据本发明示例性实施例的一种超高强度钢的等温转变热处理方法的示意图。
参照图1和图2，在利用本发明的方法处理钢材之前，先将坯料经过加热炉1加热，然后经过粗轧机2和精轧机3分别进行粗轧和精轧之后，再经过热矫直机4进行矫直处理，从而得到具有预定形状的钢材。上述加热、轧制和矫直过程对本领域技术人员来讲是公知的，因此为了清楚起见，将省略对它们的详细描述。本领域技术人员应当理解，上述钢材预处理的步骤仅仅是示例性的，本发明的方法可以省略上面的一个或多个步骤。例如，可以将本发明应用于连铸连轧工艺中，从而可以省略加热炉1。另外，本领域技术人员还可以根据不同的需要来调整粗轧和精轧的道次。
通常，超高强度钢指的是同时具备抗拉强度为大约1500MPa以上，屈服强度为大约1200MPa以上的钢铁材料。根据本发明一个实施例的超高强度钢的等温转变热处理方法包括下述步骤：将轧制后的钢材在终轧阶段直接淬火(可利用直接淬火装置5)到Ms-Mf(马氏体转变区)之间的一定温度，优选地，淬火起始温度可为850-900℃，淬火结束温度(或称为“终淬火温度”)可为150-250℃；对淬火后的钢材进行保温，保温时间为0.1-0.5min/mm，这里，mm是指钢材的厚度或半径的单位；对保温后的钢材进行在线加热回火(可利用在线加热装置6)，在线回火保温温度范围为200-350℃，回火保温时间为2-6min/mm，这里，mm是指钢材厚度的或半径的单位；在回火处理后，将钢材冷却至室温(可使用淬火(冷却)装置7)。
根据本发明的一个实施例，在线加热方法包括在线感应加热、进入具有加热功能的温度200-350℃保温坑中等方法。根据本发明的另一实施例，冷却方法包括空冷、水冷、风冷等冷却方式，优选为水冷方式。
经过上述淬火-碳分配(保温)-低温回火超高强度钢的等温转变热处理后，所获得的钢材的组织主要是马氏体、残余奥氏体和细小的回火碳化物，较细的板条硬相马氏体(纳米或亚微米级)与极细的薄膜状软相残余奥氏体(纳米级)交替分布，并在其间弥散分布着纳米尺寸碳化物(纳米级)，其中马氏体的量在90～95％，残余奥氏体的含量在5～10％。
淬火温度、碳分配温度和在碳分配温度下停留的时间以及回火温度和时间决定着马氏体量及其碳含量和残余奥氏体量及其含碳量，从而决定钢的强度、延伸率和韧性。
为了进一步改善钢的强度、延伸率和韧性，优选地，终淬火温度可为180-230℃。在对淬火后的钢材进行保温的步骤中，保温时间优选地为0.2-0.3min/mm，这里，mm是指钢材厚度或半径的单位。优选地，在对保温后的钢材进行在线加热回火的步骤中，回火保温温度范围为250-300℃，保温时间为3-4min/mm，这里，mm是指钢材厚度或半径的单位。
下面将参照具体的示例来详细描述本发明。具体地说，本示例提供了一种厚度为20mm的2000MPa级超高强度宽板的制备。首先，应用300mm厚的铸坯在加热炉1中进行加热均匀化处理，然后，经过粗轧机2和精轧机3进行轧制，在达到要求的20mm厚度规格后，轧材在热矫直机4处矫直。矫直后的轧材终轧温度为860℃，然后在直接淬火设备5处实施直接淬火，淬火起始温度为860℃，淬火结束温度为200℃，保温5分钟进行碳分配，再通过在线加热装置6将轧材加热到温度为280℃，保温时间为60分钟。通过淬火装置7进行快速冷却至室温，最后在冷床上空冷。所得到的20mm厚板材的抗拉强度为2100MPa，屈服强度为1600MPa，延伸率为11％。
可见，根据本发明的方法能够获得具有优异的抗拉强度、屈服强度和延伸率的钢材，并且本发明充分利用了钢材轧制、淬火的余热，提高生产效率，节约能源，降低成本的优点。
虽然已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的各种修改和改变，本发明的范围由权利要求书及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种超高强度钢的等温转变热处理方法，所述等温转变热处理方法包括下述步骤：
将轧制后的钢材进行直接淬火，淬火起始温度为850-900℃，淬火结束温度为150-250℃；
对淬火后的钢材进行保温，保温时间为0.1-0.5min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位；
对保温后的钢材进行在线加热回火，在线回火保温温度范围为200-350℃，回火保温时间为2-6min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位；
在回火处理后，将钢材冷却至室温。
2.如权利要求1所述的等温转变热处理方法，其中，淬火结束温度为180-230℃。
3.如权利要求1所述的等温转变热处理方法，其中，在对淬火后的钢材进行保温的步骤中，保温时间为0.2-0.3min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位。
4.如权利要求1所述的等温转变热处理方法，其中，在对保温后的钢材进行在线加热回火的步骤中，回火保温温度范围为250-300℃，保温时间为3-4min/mm，其中，mm是指钢材厚度或半径的单位。
5.如权利要求1所述的等温转变热处理方法，其中，在线加热回火的步骤包括在线感应加热或者使钢材进入具有加热功能的保温坑中。
6.如权利要求1所述的等温转变热处理方法，其中，回火处理后的冷却方法包括空冷、水冷和风冷。
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