CN106755769A - 一种调控中锰钢屈强比的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种调控中锰钢屈强比的热处理工艺，采用淬火+两相区高温回火的热处理工艺，淬火温度为Ac3+(20‑60)℃，Ac3为亚共析钢加热时，铁素体完全转变为奥氏体的温度，保温时间为1.5‑2.0min/mm；回火温度为Ac1+( 10‑70 )℃，Ac1为亚共析钢加热时，铁素体开始转变为奥氏体的温度，保温时间为1.7‑2.5min/mm；通过淬火和回火工艺使中锰钢屈强比在0.65‑0.93之间调节，屈服强度在500MPa‑690MPa之间调节。

Description

一种调控中锰钢屈强比的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种板材产品热处理工艺，具体涉及一种调节中锰钢屈强比的热处理工艺。
背景技术
锰合金钢的研究始于1840年，已广泛应用于汽车制造、矿山机械等领域。目前，随着国家海洋战略的推进，中锰钢因其独特性能优势，备受关注，应用前景广阔。
锰为扩大奥氏体相区元素，降低了Ac1和Ms点，每添加 1%的 Mn 元素，马氏体相变转变点降低约30.4℃，富含 Mn 元素的奥氏体更易在室温下形成稳定的残余奥氏体。同时在低碳钢中加入Mn元素会使先共析铁素体析出线右移，使得冷却过程中铁素体析出量较少。中锰钢加热过程中Mn元素的扩散方式为置换扩散，抑制了奥氏体逆相变过程中马氏体板条的长大，使基体细化和提高了基体的强度，保证了残余奥氏体的形成。
研究发现，中锰钢中残余奥氏体量是获得高强度、高塑性、低屈强比的关键因素。中锰钢中的残余奥氏体相在外力作用下发生向马氏体转变，通过塑性变形它可以松弛局部集中应力。同时，提高了加工硬化率，当加工硬化率速度大于试样截面减小速度时，会推迟颈缩现象的产生，提高了钢材的延伸率，这种效应也被称为TRIP效应。若残余奥氏体稳定性差，受到轻微的应力也会导致马氏体相变，这情况对钢材的塑性没有任何贡献；若残余奥氏体过于稳定，当形变量很大时，残余奥氏体迟迟不能发生马氏体相变，局部的应力集中难以得到释放，裂纹开始产生，钢材塑性没有明显改善。
根据申请人检索，申请专利CN201510788040公开了一种降低超高强度海工钢屈强比热处理工艺，其采用临界温度淬火+AC1以下短时回火工艺，获得的室温组织、调控机理均有异于本发明，且其针对单一钢级。申请专利CN201510132465公开了一种调质型低屈强比管线钢制备方法，其采用两相区淬火+高温回火工艺，获得的室温组织、调控机理均有异于本发明，且其针对单一钢级。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，⑴如何通过热处理工艺可调节中锰钢中奥氏体含量及稳定性，为调节钢板强度、屈强比提供可能；⑵如何通过调节回火温度，获得不同强度级别（500MPa-690MPa）钢板，实现“一钢多级”应用。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种调控中锰钢屈强比的热处理工艺，采用淬火+两相区高温回火的热处理工艺，淬火温度为Ac3+(20-60)℃，Ac3为亚共析钢加热时，铁素体完全转变为奥氏体的温度，保温时间为1.5-2.0min/mm；回火温度为Ac1+( 10-70 )℃，Ac1为亚共析钢加热时，铁素体开始转变为奥氏体的温度，保温时间为1.7-2.5min/mm；通过淬火和回火工艺，可以使本发明的锰钢屈强比可在0.65-0.93之间调节；屈服强度可在500MPa-690MPa之间调节。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，中锰钢中锰的重量百分比含量为4%-9%。
前述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，淬火温度为Ac3+(20-60)℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，回火温度为Ac1+( 10-20 )℃，保温时间为1.7-2.5min/mm，获得高强度高屈强比钢，屈服强度690-720MPa，屈强比介于0.90-0.93，室温组织为回火马氏体+少量逆转变奥氏体（M/A岛）复相组织。
前述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，淬火温度为Ac3+(20-60)℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，回火温度为Ac1+( 50-70 )℃，保温时间为1.7-2.5min/mm，获得超低屈强比钢，屈服强度500-600MPa，屈强比0.65-0.80，室温组织为回火马氏体+逆转变奥氏体（M/A岛）+二次马氏体复相组织。
前述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，淬火温度为Ac3+(20-60)℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，回火温度为Ac1+( 20-50 )℃，保温时间为1.7-2.5min/mm，获得强度和屈强比介于上述两种中锰钢之间，室温组织为回火马氏体+逆转变奥氏体组织（M/A岛）+二次马氏体复相组织。
本发明中通过热处理调控中锰钢屈强比机理如下：
在Ac3+(20-60)℃加热，中锰钢完全奥氏体化后，淬火得到马氏体+少量贝氏体混合组织，使钢具有较高的抗拉强度。为两相区回火调控中锰钢强度及屈强比，提供有利前驱组织。
Ac1+( 10-20 )℃高温回火时，板条马氏体发生分解，在板条束间形成极少量逆转变奥氏体（M/A岛）。由于回火温度相对较低，马氏体板条间仍存在高密度位错，钢板屈服强度下降较小，进而获得高强度、高屈强比钢。
Ac1+( 50-70 )℃高温回火时，板条马氏体完全分解，形成细小铁素体+渗碳体混合物，钢板屈服强度显著降低。同时，奥氏体在原始马氏体板条束间形核，并在高温下迅速长大。但新形成的逆转变奥氏体不稳定，在随后冷却过程中部分发生相变，形成二次马氏体（因Mn为扩大奥氏体相区元素，可显著提高钢材淬透性，中锰钢以0.5℃/s缓慢冷却时亦可获得马氏体组织）；同时，保留至室温的逆转变奥氏体，在钢材受应力时发生分解，转化成马氏体，进而提高钢板抗拉强度，最终获得极低屈强比钢。
Ac1+( 20-50 )℃高温回火时，可调节钢中回火马氏体、逆转变奥氏体、二次马氏体比例，进而获得屈强比、强度介于上述两种热处理工艺之间的钢板。
本发明的有益效果是：本发明通过调节淬火、回火工艺，获得不同室温组织，实现中锰钢屈强比连续可调（0.65-0.93）。通过Ac3+(20-60)℃淬火、Ac1+( 50-70 )℃回火，可获得极低屈强比钢，显著提高钢材抗震等级，提高桥梁、高层建筑等安全等级；在Ac1以上10℃-70℃回火时，可获得不同强度级别（500MPa-690MPa）钢板，通过热处理实现“一钢多级”。
附图说明
图1为实施例1中中锰钢金相组织的光学显微图。
图2为实施例2中中锰钢金相组织的光学显微图。
图3为实施例3中中锰钢金相组织的光学显微图。
具体实施方式
实施例1
厚度为60mm的中锰钢，锰含量质量百分比为5.5%，图1为实施例1中中锰钢金相组织的光学显微图，金相组织为回火马氏体+少量逆转变奥氏体（M/A岛）复相组织。屈服强度710MPa，屈强比0.93，延伸率19%，-60℃夏比冲击试验横向冲击吸收能量为127J、133J、122J。
上述中锰钢热处理工艺按照以下步骤进行：
淬火：将60mm厚钢板装入连续式热处理炉，加热温度850℃，保温100min，出炉后水冷至室温，冷速控制在3℃/s-15℃/s；
回火：将60mm厚钢板装入连续式热处理炉，加热温度625℃，保温120min，钢板出炉后空冷至室温。
实施例2
厚度为40mm的中锰钢，锰含量质量百分比为5.1%，图2为实施例2中中锰钢金相组织的光学显微图，金相组织为回火马氏体+少量逆转变奥氏体组织（M/A岛）+少量二次马氏体复相组织。屈服强度660MPa，屈强比0.82，延伸率24%，-60℃夏比冲击试验横向冲击吸收能量为154J、149J、163J。
上述中锰钢热处理工艺按照以下步骤进行：
淬火：将40mm厚钢板装入连续式热处理炉，加热温度840℃，保温110min，出炉后水冷至室温，冷速控制在3℃/s-15℃/s；
回火：将40mm厚钢板装入连续式热处理炉，加热温度650℃，保温130min，钢板出炉后空冷至室温。
实施例3
厚度为30mm的中锰钢，锰含量质量百分比为4.8%，图3为实施例3中中锰钢金相组织的光学显微图，金相组织为回火马氏体+逆转变奥氏体组织（M/A岛）+二次马氏体复相组织。屈服强度560MPa，屈强比0.65，延伸率32%，-60℃夏比冲击试验横向冲击吸收能量为226J、218J、233J。
上述中锰钢热处理工艺按照以下步骤进行：
淬火：将30mm厚钢板装入连续式热处理炉，加热温度830℃，保温110min，出炉后水冷至室温，冷速控制在3℃/s-15℃/s；
回火：将30mm厚钢板装入连续式热处理炉，加热温度700℃，保温150min，钢板出炉后空冷至室温。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种调控中锰钢屈强比的热处理工艺，采用淬火+两相区高温回火的热处理工艺，其特征在于：淬火温度为Ac3+(20-60)℃，Ac3为亚共析钢加热时，铁素体完全转变为奥氏体的温度，保温时间为1.5-2.0min/mm；回火温度为Ac1+( 10-70 )℃，Ac1为亚共析钢加热时，铁素体开始转变为奥氏体的温度，保温时间为1.7-2.5min/mm；通过淬火和回火工艺使所述中锰钢屈强比在0.65-0.93之间调节，屈服强度在500MPa-690MPa之间调节。
2.如权利要求1所述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，其特征在于：所述中锰钢中锰的重量百分比含量为4%-9%。
3.如权利要求1或2所述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，其特征在于：淬火温度为Ac3+(20-60)℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，回火温度为Ac1+( 10-20 )℃，保温时间为1.7-2.5min/mm，获得高强度高屈强比钢，屈服强度690-720MPa，屈强比介于0.90-0.93，室温组织为回火马氏体+少量逆转变奥氏体复相组织。
4.如权利要求1或2所述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，其特征在于：淬火温度为Ac3+(20-60)℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，回火温度为Ac1+( 50-70 )℃，保温时间为1.7-2.5min/mm，获得超低屈强比钢，屈服强度500-600MPa，屈强比0.65-0.80，室温组织为回火马氏体+逆转变奥氏体+二次马氏体复相组织。
5.如权利要求1或2所述的调控中锰钢屈强比的热处理工艺，其特征在于：淬火温度为Ac3+(20-60)℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，回火温度为Ac1+( 20-50 )℃，保温时间为1.7-2.5min/mm，获得屈服强度和屈强比介于所述权利要求3和4两种中锰钢之间，室温组织为回火马氏体+逆转变奥氏体组织+二次马氏体复相组织。
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