CN109554523A - 一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，对经过控轧控冷、板厚≤30mm的低碳贝氏体桥梁钢钢坯进行热处理，热处理工艺包括钢板在热处理炉内以310℃/min～520℃/min的加热速度升温至760℃～800℃，到温后立即出炉，空冷至室温。热处理后所得钢板的组织为铁素体+贝氏体复相组织，屈服强度Rp0.2：390MPa～540MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率≥22％，屈强比(Rp0.2/Rm)：0.60～0.65，‑40℃夏比冲击吸收功＞210J，此方法周期短，成本低。

Description

一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法
技术领域
本发明属于钢板热处理技术领域，涉及一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法。
背景技术
近年来，采用TMCP工艺生产的低碳贝氏体桥梁钢发展较为迅速，已逐渐成为未来桥梁用钢发展的重要方向，但随着其强度级别的提高，低碳贝氏体桥梁钢的屈强比控制越来越成为业内的难题，尤其对于厚度规格≤30mm的钢板，由于轧制变形量大、温降快，轧态钢板的屈强比常常超出标准范围，而且为了消除钢板在轧制及冷却过程中产生的内应力，保证钢结构的安全性能和使用寿命，桥梁钢需要进行回火以消除内应力，而回火过程中微合金元素的析出强化作用通常使得钢板的屈服强度上升，抗拉强度下降，最终导致钢板的屈强比超高的问题。因此，开发一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法具有非常重要的意义。
专利CN103667909A公开了一种屈强比≤0.65的移动式海洋平台用钢及生产方法，其钢板厚度在8～50mm的，成分简单、采用控轧控冷、正火温度880～910℃并且在炉时间(1.3～1.6)t+0～20min的正火工艺制造，所得钢板的屈强比≤0.65，但不足之处是该发明的强度级别较低，屈服强度Rel≥360MPa，抗拉强度Rm≥560MPa，且其-40℃冲击功仅＞100J，该钢的组织为铁素体+珠光体组织，并有明显的带状组织，该组织会影响钢板各向异性，损害低温断裂韧性。专利CN101328564A公开了一种具有优良焊接性能的低屈强比HT780钢板及其制造方法，该发明采用低C-中Mn-高Als-低N-(Cu+Ni+Mo+Cr)合金-(Nb+V+Ti+B)微合金化的成分体系，并通过TMCP+N’(α+γ两相区正火)+T，获得屈服强度≥650MPa，抗拉强度Rm≥780MPa的钢板，但其不足之处是添加的合金元素Cr、Cu、Ni、Mo和V的量过高，使成本增加，并且热处理过程环节多，周期长，使得成本进一步增加，效率降低，而且虽然其强度高，但屈强比≤0.80同样较高。专利CN103422027A公开了一种经济型低屈服点钢及其生产方法，虽然该发明的成分简单，成本低，但不足之处是该钢的强度≥225MPa，强度指标低，组织为珠光体+铁素体。另经查询，一些发明专利研究如何降低轧态钢板的屈强比的方法，如CN106222548A、CN107130191A、CN101649420A及CN104046898A等，但都存在一个共同的不足之处就是屈强比较高(最低的≤0.70)，而且热处理后钢板的屈强比并没有给出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，通过控制热处理过程中的加热速度、目标温度以及保温时间，从而获得屈服强度Rp0.2：390MPa～540MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率≥22％，屈强比(Rp0.2/Rm)：0.61～0.69，-40℃夏比冲击吸收功＞210J的钢板。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，板坯经过控轧控冷、板厚≤30mm后，进入热处理炉内进行热处理：
(1)加热速度：将轧后钢板置于热处理炉内，以310℃/min～520℃/min的加热速度升温至目标温度；
(2)目标温度：钢板以(1)所述的加热速度加热至两相区760℃～800℃；
(3)保温时间：不保温，即到达目标温度后立即出炉，空冷至室温。
进一步，所述的降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法中板坯的化学成分以重量百分比计包括：C0.05～0.10％、Si0.15～0.25％、Mn1.48～1.58％、Cr0.12～0.30％、Ni0.13～0.40％、Mo≤0.15％、Cu≤0.30％、Nb0.020～0.045％、Ti0.013～0.015％、Alt≤0.034％、P≤0.015％、S≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。
更进一步，所述的降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法中板坯经热处理后的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为20％～35％，其余为贝氏体。
更进一步，所述的降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法中热处理后桥梁钢的屈服强度Rp0.2为390MPa～540MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率≥22％，屈强比(Rp0.2/Rm)为0.60～0.65，-40℃夏比冲击吸收功＞210J。
连铸坯经冶炼、连铸成坯料，将坯料加热至1180℃～1200℃后，进行TMCP轧制，然后进行上述热处理。
以下对具体工艺在本发明中的作用进行：
钢板以310℃/min～520℃/min的加热速度升温至两相区760℃～800℃，在该加热速度范围内，钢板内部首先发生再结晶行为，因为较快的加热速度使得钢板内部储存能迅速增大，再结晶的驱动力升高，加之钢板原始组织(低碳贝氏体)内的位错密度高，位错在晶界附近塞积导致晶格强烈扭曲的区域也越多，为再结晶提供了较多的形核场所，发生再结晶后位错密度会显著降低，从而使得屈服强度下降；由于加热速度增大，奥氏体的实际形成温度升高，碳在母相中的不均匀分布加剧，奥氏体的形核率增加，当温度达到760℃～800℃时，有部分组织发生奥氏体化，此时通过控制保温时间可以获得不同程度转化的奥氏体以及不同尺寸的奥氏体晶粒，而到温后不保温可使奥氏体的转变程度小、奥氏体晶粒细，冷却后形成准多边形铁素体，铁素体作为软相，被保留下来的贝氏体作为硬相，钢板的屈强比会随着两相的配比不同而发生改变，通常硬相的比例越大，材料的强度越高，屈强比越大，软相的比例越大，强度越低，屈强比越小，为了兼顾强度和屈强比的优良性，需要对两相比例进行合理匹配，当软相即铁素体的体积分数在20％～35％时，钢板的屈强比和强度均可达到最佳值；
由于低碳贝氏体钢的强度主要是靠轧制过程中的形变强化和微合金元素的析出强化得以实现，组织中存在大量位错，当钢板经过760℃～800℃正火后，其组织中部分亚稳态的贝氏体转变成稳态的铁素体，组织由板条状贝氏体转变成针状贝氏体+少量准多边形铁素体，在该温度范围内，钢中Nb元素的析出效果弱，Ti因含量较低，其主要作用是固定钢中的N元素，净化钢液，所以由析出强化引起的强度提高量不足以弥补由于位错密度降低而导致的强度下降量，屈强比便得以改善；
虽然钢板的加热温度高，但在高温区间的停留时间短，从而钢板的内应力得到了有效的消除，确保了钢板的安全性和使用性。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明中采用较快的加热速度将钢板加热至两相区正火，不保温立即出炉，空冷至室温，因此本发明的热处理周期短，工艺简明，能耗低，钢板的氧化烧损低，生产效率高。
2.本发明中采用较快的加热速度将钢板加热至两相区正火，不保温立即出炉，空冷至室温，可使钢板获得铁素体+贝氏体复相组织，较原始贝氏体和回火贝氏体组织相比，显著降低了屈强比。
3.本发明中采用较快的加热速度将钢板加热至两相区正火，不保温立即出炉，空冷至室温，可获得屈服强度Rp0.2：390MPa～540MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率≥22％，屈强比(Rp0.2/Rm)：0.60～0.65，-40℃夏比冲击吸收功＞210J的钢板。
附图说明
图1为实施例1中钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片；
图2为对比实施例1中钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片；
图3为实施例2中钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片；
图4为对比实施例2中钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片；
图5为实施例3中钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片；
图6为对比实施例3中钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片
具体实施方式
以下结合附图及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
钢板的化学成分以重量百分比计包括：C 0.10％，Si 0.20％，Mn 1.48％，Cr0.13％，Ni 0.13％，Nb 0.020％，Ti 0.015％，Alt 0.030％，P≤0.013％，S≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。
1)制备与上述钢板相同化学成分的铸坯，对铸坯加热，加热温度为1180℃～1200℃，然后进行TMCP轧制，获得厚度为20mm的钢板；
2)将钢板置于热处理炉内，以480℃/min的加热速度升温至760℃，到温后立即出炉，空冷至室温。
钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片如图1所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为33.5％，其余为贝氏体。生产的钢板的力学性能如表1。
对比实施例1
将实施例1中步骤1)生产的钢板进行如下热处理：以280℃/min的加热速度升温至760℃，到温后立即出炉，空冷至室温。
钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片如图2所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为35.5％，其余为贝氏体。生产的钢板的力学性能如表1。
实施例2
钢板的化学成分以重量百分比计包括：C 0.05％，Si 0.25％，Mn 1.55％，Cr0.20％，Ni 0.17％，Mo 0.12％，Cu 0.17％，Nb 0.030％，Ti 0.015％，Alt 0.029％，P≤0.012％，S≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。
1)制备与上述钢板相同化学成分的铸坯，对铸坯加热，加热温度为1180℃～1200℃，然后进行TMCP轧制，获得厚度为30mm的钢板；
2)将钢板置于热处理炉内，以415℃/min的加热速度升温至770℃，到温后立即出炉，空冷至室温。
钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片如图3所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为27.0％，其余为贝氏体。生产的钢板的力学性能如表1。
对比实施例2
将实施例2中步骤1)生产的钢板进行如下热处理：以415℃/min的加热速度升温至750℃，到温后立即出炉，空冷至室温。
钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片如图4所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为19.6％，其余为贝氏体。生产的钢板的力学性能如表1。
实施例3
钢板的化学成分以重量百分比计包括：C 0.05％，Si 0.15％，Mn 1.58％，Cr0.30％，Ni 0.40％，Mo 0.15％，Cu 0.30％，Nb 0.045％，Ti 0.013％，Alt 0.020％，P≤0.010％，S≤0.003％，其余为Fe及不可避免的杂质。
1)制备与上述钢板相同化学成分的铸坯，对铸坯加热，加热温度为1180℃～1200℃，然后进行TMCP轧制，获得厚度为16mm的钢板；
2)将钢板置于热处理炉内，以520℃/min的加热速度升温至780℃，到温后立即出炉，空冷至室温。
钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片如图5所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为22.4％，其余为贝氏体。生产的钢板的力学性能如表1。
对比实施例3
将实施例3中步骤1)生产的钢板进行如下热处理：以520℃/min的加热速度升温至820℃，到温后立即出炉，空冷至室温。
钢板纵截面1/4处500倍的显微组织照片如图6所示，钢板的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为16.3％，其余为贝氏体。生产的钢板的力学性能如表1。
表1本发明实施例及对比实施例1-3中钢板热处理后的力学性能
本发明虽然公开部分实施例，但并不是用来限制本发明。本发明还可以有其他多种实施方式，本领域技术人员可根据本发明做成各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，其特征在于，板坯经过控轧控冷、板厚≤30mm后，进入热处理炉内进行热处理：
(1)加热速度：将轧后钢板置于热处理炉内，以310℃/min～520℃/min的加热速度升温至目标温度；
(2)目标温度：钢板以(1)中的加热速度加热至760℃～800℃；
(3)保温时间：不保温，即到达目标温度后立即出炉，空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，其特征在于，所述的板坯的化学成分以重量百分比计包括：C0.05～0.10％、Si0.15～0.25％、Mn1.48～1.58％、Cr0.12～0.30％、Ni0.13～0.40％、Mo≤0.15％、Cu≤0.30％、Nb0.020～0.045％、Ti0.013～0.015％、Alt≤0.034％、P≤0.015％、S≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，其特征在于，所述的板坯经热处理后的组织为铁素体+贝氏体双相组织，其中铁素体的体积分数为20％～35％，其余为贝氏体。
4.根据权利要求3所述的一种降低低碳贝氏体桥梁钢屈强比的热处理方法，其特征在于，所述的热处理后钢板的屈服强度Rp0.2：390MPa～540MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率≥22％，屈强比(Rp0.2/Rm)：0.60～0.65，-40℃夏比冲击吸收功＞210J。
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