CN107119229A - 一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法。钢板的化学成分为：C：0.13～0.19％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.9～1.1％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.20～0.40％、Nb：0.015～0.045％、Ti：0.005～0.025％、B：0.008～0.0022％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用淬火+回火控冷工艺，通过控制回火冷却速度和终冷温度来调节钢板中的有害元素(如磷、硫、砷、锡等)分布，减少其在晶界的偏聚使得晶界纯净化，削弱其对晶界的脆化作用，降低钢板韧脆转变温度。此工艺制得的钢板，其强度和延伸率基本保持不变，而冲击韧性有一定幅度提高，‑60℃冲击韧性提高50％以上，韧脆转变温度降低16℃以上。此工艺生产周期短、钢板氧化程度低、生产效率高。

Description

一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法
技术领域
本发明属于钢板生产技术领域，特别涉及一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法。
背景技术
调质型高强钢可广泛应用于矿山机械、煤矿机械、高层建筑、深海采油平台等领域。随着各类装备设施朝大型化、轻量化、高参数方向的发展，钢结构的约束力越来越大、越来越复杂，普通强度等级(345MPa级)和韧性等级(D级)的钢板已不能满足钢结构的建设需求。对于调质型高强钢来说，强度的提高相对较容易，但韧性等级的提高则较困难。从成分上来看，一般通过添加大量的Ni元素来提高低温韧性或是通过Nb、V等微合金化元素来细化晶粒，从而达到改善低温韧性的目的；从工艺上看，一般通过在钢中引入软相来提高冲击韧性，如采用亚温淬火工艺来引入铁素体软相等。
近年来，国内高强钢的质量性能有了较大的进步，基本可以满足市场需求。但对于高强度厚规格的E级乃至F级钢板，只有少数企业可以生产，且在性能上与国外产品相比还有着较大的差距。而制约高强钢韧性的一个主要原因是随着强度提高，韧性变差，尤其是厚规格钢板。
目前高韧性高强度钢的专利有很多，例如，专利CN 102212760A、CN 104195428A等，采用高Ni成分体系来获得高韧性；专利CN 100482839C、CN 101886221A等，采用Nb、V微合金化工艺，利用超细晶粒来得到高的低温韧性；专利CN 101984119A、CN 101880831A等，采用亚温淬火工艺得到铁素体软相来提高韧性。现有技术均是采用添加Ni或是Nb等贵重合金元素来提高低温韧性等级；或是采用复杂热处理工艺来获得高韧性从而降低韧脆转变温度。这些方法均增加钢板的生产成本，同时多出的热处理工艺使得生产效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法，通过控制回火冷却速度和终冷温度来调节钢板中的有害元素(如磷、硫、砷、锡等)分布，减少其在晶界的偏聚使得晶界纯净化，削弱其对晶界的脆化作用，降低钢板韧脆转变温度。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法，钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.13～0.19％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.9～1.1％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.20～0.40％、Nb：0.015～0.045％、Ti：0.005～0.025％、B：0.008～0.0022％，其余为Fe和不可避免的杂质；钢板的热处理工艺为淬火+回火控冷；其中：
1)淬火温度为880～940℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
2)回火温度为500～680℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，出炉后进行加速冷却，冷却速度≥2℃/s，终冷至80～250℃后空冷至室温。
进一步，所述的降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法中采用辊压式淬火机淬火，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温。
采用上述方法制得的钢板厚度≥25mm，-60℃冲击韧性提高50％以上，韧脆转变温度降低16℃以上。
上述生产工艺在本发明中的作用是：
在淬火工艺中，加热温度为880～940℃，保温时间为1.2min/mm+30～50min。加热时间过短或加热温度过低，则奥氏体化不均匀，时间过长或温度过高，则钢板组织粗大，且耗费能源。热处理过程中，采用氮气保护，防止钢板氧化。
在回火控冷工艺中，回火的目的是使马氏体组织分解，提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性，同时降低或消除淬火引起的残余内应力。回火后控冷的目的是为了使得钢板快速通过回火脆性区，削弱有害元素在晶界的偏聚而引起的脆化。
本发明与现有技术相比，至少具有以下有益效果：
1、本发明采用常规成分和淬火+回火控冷工艺，较传统调质工艺相比，强度和延伸率基本保持不变，-60℃冲击韧性提高50％以上，其韧脆转变温度降低16℃以上。
2、采用淬火+回火控冷工艺，可制得屈服强度≥460MPa的E级和F级高强钢板。
3、采用淬火+回火控冷工艺，由于回火后控冷，冷却后钢板温度较低，无需在冷床上长时间冷却即可入库，使得生产节奏加快。
附图说明
图1为实施例1中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；
图2为对比实施例1中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；
图3为实施例2中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；
图4为对比实施例2中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；
图5为实施例3中钢板纵截面1/4处的显微组织照片；
图6为对比实施例3中钢板纵截面1/4处的显微组织照片。
具体实施方式
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。
实施例1
高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.16％、Si：0.27％、Mn：0.90％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.36％、Ni：0.28％、Mo：0.22％、Nb：0.020％、Ti：0.016％、B：0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸、轧制成钢板，钢板厚度为25mm；
2)热处理工艺为淬火+回火控冷；
淬火温度为930℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
出炉后采用淬火机进行淬火处理，所述的淬火机为辊压式，总长度为20m，由高压段和低压段组成，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温；
回火温度为620℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，出炉后进行加速冷却，冷却速度≥15℃/s，终冷至80～140℃后空冷至室温。
本实施例得到钢板的显微组织照片如图1所示，钢板的组织为回火索氏体，机械性能见表1。
对比实施例1
高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.16％、Si：0.27％、Mn：0.90％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.36％、Ni：0.28％、Mo：0.22％、Nb：0.020％、Ti：0.016％、B：0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸、轧制成钢板，钢板厚度为25mm；
2)热处理工艺为淬火+回火；
淬火温度为930℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
出炉后采用淬火机进行淬火处理，所述的淬火机为辊压式，总长度为20m，由高压段和低压段组成，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温；
回火温度为620℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，回火后空冷至室温。
本实施例得到钢板的显微组织照片如图2所示，钢板的组织为回火索氏体，机械性能见表1。
实施例2
高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％、Si：0.25％、Mn：1.0％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.53％、Ni：0.40％、Mo：0.25％、Nb：0.022％、Ti：0.015％、B：0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸、轧制成钢板，钢板厚度为45mm；
2)热处理工艺为淬火+回火控冷；
淬火温度为930℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
出炉后采用淬火机进行淬火处理，所述的淬火机为辊压式，总长度为20m，由高压段和低压段组成，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温；
回火温度为600℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，出炉后进行加速冷却，冷却速度≥8℃/s，终冷至140～190℃后空冷至室温。
本实施例得到钢板的显微组织照片如图3所示，钢板的组织为回火索氏体，机械性能见表1。
对比实施例2
高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％、Si：0.25％、Mn：1.0％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.53％、Ni：0.40％、Mo：0.25％、Nb：0.022％、Ti：0.015％、B：0.0015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸、轧制成钢板，钢板厚度为45mm；
2)热处理工艺为淬火+回火；
淬火温度为930℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
出炉后采用淬火机进行淬火处理，所述的淬火机为辊压式，总长度为20m，由高压段和低压段组成，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温；
回火温度为600℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，回火后空冷至室温。
本实施例得到钢板的显微组织照片如图4所示，钢板的组织为回火索氏体，机械性能见表1。
实施例3
该高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％、Si：0.26％、Mn：1.06％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.76％、Ni：0.61％、Mo：0.30％、Nb：0.025％、Ti：0.013％、B：0.0016％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸、轧制成钢板，钢板厚度为85mm；
2)热处理工艺为淬火+回火控冷；
淬火温度为900℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
出炉后采用淬火机进行淬火处理，所述的淬火机为辊压式，总长度为20m，由高压段和低压段组成，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温；
回火温度为600℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，出炉后进行加速冷却，冷却速度≥2℃/s，终冷至190～250℃后空冷至室温。
本实施例得到钢板的显微组织照片如图5所示，钢板的组织为回火索氏体，机械性能见表1。
对比实施例3
该高强钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％、Si：0.26％、Mn：1.06％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.76％、Ni：0.61％、Mo：0.30％、Nb：0.025％、Ti：0.013％、B：0.0016％，其余为Fe和不可避免的杂质。
1)根据上述化学成分冶炼、浇铸、轧制成钢板，钢板厚度为85mm；
2)热处理工艺为淬火+回火；
淬火温度为900℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
出炉后采用淬火机进行淬火处理，所述的淬火机为辊压式，总长度为20m，由高压段和低压段组成，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温；
回火温度为600℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，回火后空冷至室温。
本实施例得到钢板的显微组织照片如图6所示，钢板的组织为回火索氏体，机械性能见表1。
表1实施例及对比例的力学性能
注：表1中，拉伸试样采用直径标距为40mm的棒状试样，取样位置为横向取样，板厚1/4处；夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm，取样位置为纵向取样，板厚1/4处；韧脆转变温度(DBTT)取冲击试样断口50％纤维断面率对应的温度。
由表1可知，采用本发明的淬火+回火控冷工艺制得的钢板的强度和延伸率基本保持不变，-60℃冲击韧性提高50％以上，韧脆转变温度DBTT至少降低16℃以上。

Claims (3)

1.一种降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法，钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.13～0.19％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.9～1.1％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.20～0.40％、Nb：0.015～0.045％、Ti：0.005～0.025％、B：0.008～0.0022％，其余为Fe和不可避免的杂质；钢板的热处理工艺为淬火+回火控冷；其特征在于：
1)淬火温度为880～940℃，钢板置于加热炉内进行加热，所述的加热炉为辊底式无氧化炉，保护气氛为氮气，加热方式为辐射管加热，淬火保温时间为1.2min/mm+30～50min；
2)回火温度为500～680℃，回火保温时间为2.2min/mm+20～40min，出炉后进行加速冷却，冷却速度≥2℃/s，终冷至80～250℃后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法，其特征在于：所述淬火过程中采用辊压式淬火机淬火，高压段水压为830kPa，水量为35000L/min，低压段水压为210kPa，水量为22000L/min，冷却水温度为15～25℃，冷却速度≥5℃/s，水冷至室温。
3.根据权利要求1或2所述的降低调质型高强钢厚钢板韧脆转变温度的方法，其特征在于：所述方法制得的钢板厚度≥25mm，较传统调质工艺相比，强度和延伸率基本保持不变，-60℃冲击韧性提高50％以上，韧脆转变温度降低16℃以上。
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