CN104357623B - 厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺 - Google Patents
厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺，控制第一段和第二段为Ac3温度以下20～40℃，第三段为Ac3温度以下10～20℃，第四段为Ac3温度以上0～10℃，第五段和第六段为Ac3温度以上20～30℃，热处理炉炉内温度逐步递增；控制每块钢板进炉或待出炉时关停步进梁待温，停留时间20～50min；控制步进梁速度为0.24～0.37m/min，进炉的两块钢板之间保持3m以上的距离；钢板保温温度为Ac3+5℃±5℃，保温时间0.5Hmin-0.7Hmin，H为钢板厚度，单位为mm。本发明通过控制热处理炉内各段温度和钢板停留时间来实现钢板加热均匀，获得组织均匀、晶粒细小的基体组织，满足低温冲击韧性钢板的标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及冶金工业板材热处理工艺，具体说是一种厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺。
背景技术
随着社会的发展和科技进步，各行各业对热处理钢材的需求量越来越大，尤其对特厚(厚度120～200mm)热处理钢板的需求也越来越大，目前生产此类厚度钢板国内主要采用模铸钢锭轧制或在两块连铸板坯间抽真空焊接复合来轧制，前者成材率低成本高，后者只限制生产一些常温冲击低级别钢板，如Q235B、Q345B钢板。特厚连铸板坯目前最大厚度达到420mm，可以满足生产特厚钢板。为了满足特厚钢板的扩大应用，对于低温（0℃以下）冲击韧性特厚板，此类钢板往往需要以正火状态交货。人们尝试用常规正火热处理工艺（设定加热段和保温段两个温度值控制)生产，结果在热处理过程中易造成钢板厚度方向加热不均匀，其微观组织主要体现为混晶、厚度方向晶粒度差别较大、组织不均匀、心部偏析严重及有害的魏氏组织。钢板韧性检测0℃低温冲击，特别是-40℃低温冲击难以满足相应标准要求，合格率低，故而此类钢板市场对于以连铸板坯为原料生产特厚板的企业来说，令人望而止步。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺，通过控制热处理炉炉膛内各段温度和钢板停留时间来实现钢板加热均匀，获得组织均匀、晶粒细小的基体组织，满足低温冲击韧性钢板的标准要求。
通过下述技术方案可实现本发明的目的，一种厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺，包括步进梁式热处理炉，其特征在于：1、控制热处理炉炉膛内温度逐步递增，第一段和第二段为Ac3温度以下20～40℃，第三段为Ac3温度以下10～20℃，第四段为Ac3温度以上0～10℃，第五段和第六段为Ac3温度以上20～30℃；2、每块钢板进炉或待出炉时关停步进梁待温，停留时间20～50min；3、步进梁速度为0.24～0.37m/min，进炉的两块钢板之间保持3m以上的距离；4、钢板保温温度为Ac3+5℃±5℃，保温时间0.5Hmin-0.7Hmin，H为钢板厚度，单位为mm。
本发明的效果在于：1、采用阶梯式温度递增的加热工艺来减少特厚钢板厚度方向的温度差，使钢板缓慢的到达相变点Ac3之上，有利于钢板厚度方向同时奥氏体化以及控制晶粒大小。2、开始进炉阶段，钢板停留20-50min，是为了保证整块钢板内外温度达到均匀；在出炉阶段，待出炉钢板停留20-50min，使钢板充分奥氏体化及组织均匀化。3、两块钢板之间即前一块钢板与后一块钢板之间保持3m以上的距离，是避免后续钢板部分进入保温段影响整块钢板性能均匀性。4、钢板保温温度为Ac3+5℃±5℃，保温时间0.5Hmin-0.7Hmin，H为钢板厚度，单位为mm，本发明奥氏体化保温温度比常规保温温度（Ac3+30～50℃）控制偏低是为了使组织缓慢奥氏体化及组织均匀化，避免晶粒的异常长大。
附图说明
图1为130mm厚CCSE钢板近表面金相组织(本发明例)。
图2为130mm厚CCSE钢板厚度1/4处金相组织(本发明例)。
图3为130mm厚CCSE钢板厚度1/2处金相组织(本发明例)。
图4为130mm厚CCSE钢板近表面金相组织(比较例)。
图5为130mm厚CCSE钢板厚度1/4处金相组织(比较例)。
图6为130mm厚CCSE钢板厚度1/2处金相组织(比较例)。
具体实施方式
本发明所述一种厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺，采用步进梁式热处理炉，其工艺控制过程如下：根据目标钢种Ac3温度，调整热处理炉各段燃烧器喷嘴煤气流量，使第一段和第二段为Ac3温度以下20～40℃，第三段为Ac3温度以下10～20℃，第四段为Ac3温度以上0～10℃，第五段和第六段为Ac3温度以上20～30℃，所述各段温度为炉膛内气氛温度，热处理炉炉膛内温度逐步递增；根据目标钢板厚度，控制每块钢板进炉或待出炉时关停步进梁待温，停留时间20～50min，保证整块钢板内外温度均匀，达到目标温度；根据目标钢板厚度，控制步进梁速度为0.24～0.37m/min，进炉的两块钢板之间保持3m以上的距离，避免后续钢板部分进入保温段影响整块钢板性能均匀性；钢板实际保温温度最佳为Ac3+5℃±5℃，保温时间0.5Hmin-0.7Hmin，H为钢板厚度，单位为mm。本发明奥氏体化保温温度比常规保温温度（Ac3+30～50℃）控制偏低是为了使组织缓慢奥氏体化及组织均匀化，避免晶粒的异常长大。
为了验证优化本发明技术方案，进行了对比试验。图1～图3为按本发明正火热处理工艺生产的130mm厚CCSE船板实物在钢板近表面、厚度1/4处、厚度1/2处的金相组织，图4～图6为同一成分130mm厚CCSE船板按常规正火热处理生产的实物在钢板近表面、厚度1/4处、厚度1/2处的金相组织。通过比较可以看出，本发明例(图1～图3)可以获得的珠光体和铁素体组织分布均匀，晶粒细小均匀，厚度方向组织及晶粒均匀性较好，心部的偏析较弥散，这种组织低温冲击性能较好，说明钢板加热均匀，温度场处于最佳位置。比较例（图4～图6）按常规正火热处理所获得混晶组织、厚度方向晶粒度差别较大、心部偏析严重、出现魏氏组织，这种组织严重影响低温冲击性能，钢板韧性较差。
为了更好的理解本发明，用以下具体实例来说明本发明的技术方案，其钢板均为本发明所述正火热处理工艺制备。
本实施例所用步进梁式热处理炉炉内长度48m，分为六段，每段8m。
实施例1：钢板长宽厚尺寸为6000mm×2150mm×120mm的CCSE(执行标准CCSRules)船板40块，120mm厚的CCSE船板正火热处理。该规格钢种成分为：C0.095%、Mn0.95%、Si0.17%、P0.008%、S0.003%、Ni0.11%、Cu0.18%、Nb0.044%、Ti0.015%、Als0.036%。根据成分由经验公式Ac3=937.2-476.5C%-19.7Mn%+56Si%-26.6Ni%-4.9Cr%+38.1Mo%+142.8V%-136.3Ti%-198.4Als%-19.1Nb%+35Zr%+3315B%-16.3Cu%算出理论Ac3温度为885℃，炉膛内第一和第二段设定温度为Ac3-35℃，即850℃，第三段为Ac3-15℃，即870℃，第四段为Ac3+5℃，即890℃，第五和第六段为Ac3+30℃，即915℃。钢板从热处理炉炉尾进入炉膛内进行加热，步进梁速度为0.37m/min。在进炉阶段，每次整块钢板进炉后关停步进梁，停留30min，后续钢板间隔3m，连续运行，钢板进入第五段和第六段保温。当钢板准备出炉后，再次关停步进梁，待出炉钢板停留30min，钢板实际保温温度为895℃，总保温时间0.5Hmin，即60min。随后钢板出炉后上冷床空冷至80℃堆冷。
实施例2：钢板长宽厚尺寸为8000mm×2300mm×130mm的CCSE(执行标准CCSRules)船板68块，130mm厚的CCSE船板正火热处理。该规格钢种成分为：C0.095%、Mn0.95%、Si0.17%、P0.008%、S0.003%、Ni0.11%、Cu0.18%、Nb0.044%、Ti0.015%、Als0.036%。根据成分由经验公式Ac3=937.2-476.5C%-19.7Mn%+56Si%-26.6Ni%-4.9Cr%+38.1Mo%+142.8V%-136.3Ti%-198.4Als%-19.1Nb%+35Zr%+3315B%-16.3Cu%算出理论Ac3温度为885℃，炉膛内第一和第二段设定温度为Ac3-40℃，即845℃，第三段为Ac3-20℃，即865℃，第四段为Ac3+0℃，即885℃，第五和第六段为Ac3+20℃，即905℃。钢板从热处理炉炉尾进入炉膛内进行加热，步进梁速度为0.24m/min。在进炉阶段，每次整块钢板进炉后关停步进梁，停留40min，后续钢板间隔4m，连续运行，钢板进入第五段和第六段保温。当钢板准备出炉后，再次关停步进梁，待出炉钢板停留40min，钢板实际保温温度为885℃，总保温时间0.7Hmin，即91min。随后钢板出炉后上冷床空冷至80℃堆冷。
实施例3：钢板长宽厚尺寸为9000mm×2300mm×150mm的S355J2(执行标准EN10025-2:2004)低合金结构钢正火处理板50块，该标准规定需满足-20℃纵向冲击功，订单要求满足-40℃纵向冲击功。该规格钢种成分为：C0.16%、Mn1.39%、Si0.29%、P0.009%、S0.004%、V0.06%、Nb0.017%、Ti0.015%、Als0.038%。根据成分由经验公式Ac3=937.2-476.5C%-19.7Mn%+56Si%-26.6Ni%-4.9Cr%+38.1Mo%+142.8V%-136.3Ti%-198.4Als%-19.1Nb%+35Zr%+3315B%-16.3Cu%算出理论Ac3温度为865℃，炉内第一和第二段设定温度为Ac3-20℃，即845℃，第三段为Ac3-10℃，即855℃，第四段为Ac3+10℃，即875℃，第五和第六段为Ac3+30℃，即895℃。钢板从热处理炉炉尾进入炉内进行加热，步进梁速度为0.24m/min。在进炉阶段，每次整块钢板进炉后关停步进梁，停留20min，后续钢板间隔5m，连续运行，钢板进入第五段和第六段保温。当钢板准备出炉后，再次关停步进梁，待出炉钢板停留20min，钢板实际保温温度为875℃，总保温时间0.5Hmin，即75min。随后钢板出炉后上冷床空冷至80℃堆冷。
实施例4：钢板长宽厚尺寸为6000mm×1800mm×200mm的S355J2(执行标准EN10025-2:2004)低合金结构钢正火处理板6块，该标准规定需满足-20℃纵向冲击功，订单要求应用本发明热处理技术可满足-40℃纵向冲击功。该规格钢种成分为：C0.16%、Mn1.39%、Si0.29%、P0.009%、S0.004%、V0.06%、Nb0.017%、Ti0.015%、Als0.038%。根据成分由经验公式Ac3=937.2-476.5C%-19.7Mn%+56Si%-26.6Ni%-4.9Cr%+38.1Mo%+142.8V%-136.3Ti%-198.4Als%-19.1Nb%+35Zr%+3315B%-16.3Cu%算出理论Ac3温度为865℃，炉膛内第一和第二段设定温度为Ac3-40℃，即825℃，第三段为Ac3-20℃，即845℃，第四段为Ac3+5℃，即870℃，第五和第六段为Ac3+20℃，即885℃。钢板从热处理炉炉尾进入炉膛内进行加热，步进梁速度为0.24m/min。在进炉阶段，每次整块钢板进炉后关停步进梁，停留50min，后续钢板间隔3m，连续运行，钢板进入第五段和第六段保温。当钢板准备出炉后，再次关停步进梁，待出炉钢板停留50min，钢板实际保温温度为870℃，总保温时间0.55Hmin，即110min。随后钢板出炉后上冷床空冷至80℃堆冷。
实施例5：钢板长宽厚尺寸为6000mm×2400mm×170mm的Q345E(执行标准GB/T3274-2007，GB/T1591-2008)低合金高强钢正火处理钢板86块。该规格钢种成分为：C0.17%、Mn1.38%、Si0.37%、P0.009%、S0.002%、V0.053%、Nb0.016%、Ti0.012%、Als0.029%。根据成分由经验公式Ac3=937.2-476.5C%-19.7Mn%+56Si%-26.6Ni%-4.9Cr%+38.1Mo%+142.8V%-136.3Ti%-198.4Als%-19.1Nb%+35Zr%+3315B%-16.3Cu%算出理论Ac3温度为875℃，炉膛内第一和第二段设定温度为Ac3-20℃，即855℃，第三段为Ac3-10℃，即865℃，第四段为Ac3+5℃，即880℃，第五和第六段为Ac3+28℃，即903℃。钢板从热处理炉炉尾进入炉膛内进行加热，步进梁速度为0.29m/min。在进炉阶段，每次整块钢板进炉后关停步进梁，停留40min，后续钢板间隔3m，连续运行，钢板进入第五段和第六段保温。当钢板准备出炉后，再次关停步进梁，待出炉钢板停留40min，钢板实际保温温度为883℃，总保温时间0.5Hmin，即85min。随后钢板出炉后上冷床空冷至80℃堆冷。
实施例6：钢板长宽厚尺寸为7000mm×2400mm×180mm的Q345E(执行标准GB/T3274-2007，GB/T1591-2008)低合金高强钢正火处理钢板36块。该规格钢种成分为：C0.17%、Mn1.38%、Si0.37%、P0.009%、S0.002%、V0.053%、Nb0.016%、Ti0.012%、Als0.029%。根据成分由经验公式Ac3=937.2-476.5C%-19.7Mn%+56Si%-26.6Ni%-4.9Cr%+38.1Mo%+142.8V%-136.3Ti%-198.4Als%-19.1Nb%+35Zr%+3315B%-16.3Cu%算出理论Ac3温度为875℃，炉膛内第一和第二段设定温度为Ac3-35℃，即840℃，第三段为Ac3-15℃，即860℃，第四段为Ac3+0℃，即875℃，第五和第六段为Ac3+20℃，即895℃。钢板从热处理炉炉尾进入炉膛内进行加热，步进梁速度为0.24m/min。在进炉阶段，每次整块钢板进炉后关停步进梁，停留50min，后续钢板间隔4m，连续运行，钢板进入第五段和第六段保温。当钢板准备出炉后，再次关停步进梁，待出炉钢板停留50min，钢板实际保温温度为880℃，总保温时间0.6Hmin，即108min。随后钢板出炉后上冷床空冷至80℃堆冷。
具体实施例性能检测情况见表1。
表1钢板拉伸及低温冲击性能检测情况。
。
通过实施例1-6可以看出，按本发明的一种厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺，生产的钢板从本发明例金相组织与比较例同一成分金相组织对比可以看出，本发明例钢板组织分布均匀、晶粒大小均匀、组织正常，心部无明显偏析。本发明例性能检测各项力学性能优异，强度与韧性匹配良好，屈服强度、抗拉强度和延伸率均有较大富余量，最重要的是韧性指标1/4处-40℃纵向V型冲击功富余量巨大，其值非常稳定，且完全能满足1/2处-40℃低温冲击韧性。材料的安全性好，实现了以360～420mm特厚连铸板坯为原料，生产厚度120～200mm低温韧性钢板。
Claims (1)
1.厚度120～200mm低温韧性钢板正火热处理工艺，其特征在于：1、控制步进梁式热处理炉炉膛内温度逐步递增，第一段和第二段为Ac3温度以下20～40℃，第三段为Ac3温度以下10～20℃，第四段为Ac3温度以上0～10℃，第五段和第六段为Ac3温度以上20～30℃；2、每块钢板进炉或待出炉时关停步进梁待温，停留时间20～50min；3、步进梁速度为0.24～0.37m/min，进炉的两块钢板之间保持3m以上的距离；4、钢板保温温度为Ac3+5℃±5℃，保温时间0.5Hmin-0.7Hmin，H为钢板厚度，单位为mm。
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