一種降低調質型高強鋼厚鋼板韌脆轉變溫度的方法與流程
2023-07-29 22:47:27 1
本發明屬於鋼板生產技術領域，特別涉及一種降低調質型高強鋼厚鋼板韌脆轉變溫度的方法。
背景技術：
調質型高強鋼可廣泛應用於礦山機械、煤礦機械、高層建築、深海採油平臺等領域。隨著各類裝備設施朝大型化、輕量化、高參數方向的發展，鋼結構的約束力越來越大、越來越複雜，普通強度等級(345mpa級)和韌性等級(d級)的鋼板已不能滿足鋼結構的建設需求。對於調質型高強鋼來說，強度的提高相對較容易，但韌性等級的提高則較困難。從成分上來看，一般通過添加大量的ni元素來提高低溫韌性或是通過nb、v等微合金化元素來細化晶粒，從而達到改善低溫韌性的目的；從工藝上看，一般通過在鋼中引入軟相來提高衝擊韌性，如採用亞溫淬火工藝來引入鐵素體軟相等。
近年來，國內高強鋼的質量性能有了較大的進步，基本可以滿足市場需求。但對於高強度厚規格的e級乃至f級鋼板，只有少數企業可以生產，且在性能上與國外產品相比還有著較大的差距。而制約高強鋼韌性的一個主要原因是隨著強度提高，韌性變差，尤其是厚規格鋼板。
目前高韌性高強度鋼的專利有很多，例如，專利cn102212760a、cn104195428a等，採用高ni成分體系來獲得高韌性；專利cn100482839c、cn101886221a等，採用nb、v微合金化工藝，利用超細晶粒來得到高的低溫韌性；專利cn101984119a、cn101880831a等，採用亞溫淬火工藝得到鐵素體軟相來提高韌性。現有技術均是採用添加ni或是nb等貴重合金元素來提高低溫韌性等級；或是採用複雜熱處理工藝來獲得高韌性從而降低韌脆轉變溫度。這些方法均增加鋼板的生產成本，同時多出的熱處理工藝使得生產效率降低。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種降低調質型高強鋼厚鋼板韌脆轉變溫度的方法，通過控制回火冷卻速度和終冷溫度來調節鋼板中的有害元素(如磷、硫、砷、錫等)分布，減少其在晶界的偏聚使得晶界純淨化，削弱其對晶界的脆化作用，降低鋼板韌脆轉變溫度。
為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案：
一種降低調質型高強鋼厚鋼板韌脆轉變溫度的方法，鋼板的化學成分以重量百分比計包括：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％，其餘為fe和不可避免的雜質；鋼板的熱處理工藝為淬火+回火控冷；其中：
1)淬火溫度為880～940℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
2)回火溫度為500～680℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，出爐後進行加速冷卻，冷卻速度≥2℃/s，終冷至80～250℃後空冷至室溫。
進一步，所述的降低調質型高強鋼厚鋼板韌脆轉變溫度的方法中採用輥壓式淬火機淬火，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫。
採用上述方法製得的鋼板厚度≥25mm，-60℃衝擊韌性提高50％以上，韌脆轉變溫度降低16℃以上。
上述生產工藝在本發明中的作用是：
在淬火工藝中，加熱溫度為880～940℃，保溫時間為1.2min/mm+30～50min。加熱時間過短或加熱溫度過低，則奧氏體化不均勻，時間過長或溫度過高，則鋼板組織粗大，且耗費能源。熱處理過程中，採用氮氣保護，防止鋼板氧化。
在回火控冷工藝中，回火的目的是使馬氏體組織分解，提高淬火鋼的塑性和韌性，降低其脆性，同時降低或消除淬火引起的殘餘內應力。回火後控冷的目的是為了使得鋼板快速通過回火脆性區，削弱有害元素在晶界的偏聚而引起的脆化。
本發明與現有技術相比，至少具有以下有益效果：
1、本發明採用常規成分和淬火+回火控冷工藝，較傳統調質工藝相比，強度和延伸率基本保持不變，-60℃衝擊韌性提高50％以上，其韌脆轉變溫度降低16℃以上。
2、採用淬火+回火控冷工藝，可製得屈服強度≥460mpa的e級和f級高強鋼板。
3、採用淬火+回火控冷工藝，由於回火後控冷，冷卻後鋼板溫度較低，無需在冷床上長時間冷卻即可入庫，使得生產節奏加快。
附圖說明
圖1為實施例1中鋼板縱截面1/4處的顯微組織照片；
圖2為對比實施例1中鋼板縱截面1/4處的顯微組織照片；
圖3為實施例2中鋼板縱截面1/4處的顯微組織照片；
圖4為對比實施例2中鋼板縱截面1/4處的顯微組織照片；
圖5為實施例3中鋼板縱截面1/4處的顯微組織照片；
圖6為對比實施例3中鋼板縱截面1/4處的顯微組織照片。
具體實施方式
以下結合附圖及若干較佳實施例對本發明的技術方案作進一步詳細說明，但不限於此。
實施例1
高強鋼由以下組分組成(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％，其餘為fe和不可避免的雜質。
1)根據上述化學成分冶煉、澆鑄、軋製成鋼板，鋼板厚度為25mm；
2)熱處理工藝為淬火+回火控冷；
淬火溫度為930℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
出爐後採用淬火機進行淬火處理，所述的淬火機為輥壓式，總長度為20m，由高壓段和低壓段組成，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫；
回火溫度為620℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，出爐後進行加速冷卻，冷卻速度≥15℃/s，終冷至80～140℃後空冷至室溫。
本實施例得到鋼板的顯微組織照片如圖1所示，鋼板的組織為回火索氏體，機械性能見表1。
對比實施例1
高強鋼由以下組分組成(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％，其餘為fe和不可避免的雜質。
1)根據上述化學成分冶煉、澆鑄、軋製成鋼板，鋼板厚度為25mm；
2)熱處理工藝為淬火+回火；
淬火溫度為930℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
出爐後採用淬火機進行淬火處理，所述的淬火機為輥壓式，總長度為20m，由高壓段和低壓段組成，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫；
回火溫度為620℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，回火後空冷至室溫。
本實施例得到鋼板的顯微組織照片如圖2所示，鋼板的組織為回火索氏體，機械性能見表1。
實施例2
高強鋼由以下組分組成(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％，其餘為fe和不可避免的雜質。
1)根據上述化學成分冶煉、澆鑄、軋製成鋼板，鋼板厚度為45mm；
2)熱處理工藝為淬火+回火控冷；
淬火溫度為930℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
出爐後採用淬火機進行淬火處理，所述的淬火機為輥壓式，總長度為20m，由高壓段和低壓段組成，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫；
回火溫度為600℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，出爐後進行加速冷卻，冷卻速度≥8℃/s，終冷至140～190℃後空冷至室溫。
本實施例得到鋼板的顯微組織照片如圖3所示，鋼板的組織為回火索氏體，機械性能見表1。
對比實施例2
高強鋼由以下組分組成(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％，其餘為fe和不可避免的雜質。
1)根據上述化學成分冶煉、澆鑄、軋製成鋼板，鋼板厚度為45mm；
2)熱處理工藝為淬火+回火；
淬火溫度為930℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
出爐後採用淬火機進行淬火處理，所述的淬火機為輥壓式，總長度為20m，由高壓段和低壓段組成，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫；
回火溫度為600℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，回火後空冷至室溫。
本實施例得到鋼板的顯微組織照片如圖4所示，鋼板的組織為回火索氏體，機械性能見表1。
實施例3
該高強鋼由以下組分組成(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％，其餘為fe和不可避免的雜質。
1)根據上述化學成分冶煉、澆鑄、軋製成鋼板，鋼板厚度為85mm；
2)熱處理工藝為淬火+回火控冷；
淬火溫度為900℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
出爐後採用淬火機進行淬火處理，所述的淬火機為輥壓式，總長度為20m，由高壓段和低壓段組成，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫；
回火溫度為600℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，出爐後進行加速冷卻，冷卻速度≥2℃/s，終冷至190～250℃後空冷至室溫。
本實施例得到鋼板的顯微組織照片如圖5所示，鋼板的組織為回火索氏體，機械性能見表1。
對比實施例3
該高強鋼由以下組分組成(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％，其餘為fe和不可避免的雜質。
1)根據上述化學成分冶煉、澆鑄、軋製成鋼板，鋼板厚度為85mm；
2)熱處理工藝為淬火+回火；
淬火溫度為900℃，鋼板置於加熱爐內進行加熱，所述的加熱爐為輥底式無氧化爐，保護氣氛為氮氣，加熱方式為輻射管加熱，淬火保溫時間為1.2min/mm+30～50min；
出爐後採用淬火機進行淬火處理，所述的淬火機為輥壓式，總長度為20m，由高壓段和低壓段組成，高壓段水壓為830kpa，水量為35000l/min，低壓段水壓為210kpa，水量為22000l/min，冷卻水溫度為15～25℃，冷卻速度≥5℃/s，水冷至室溫；
回火溫度為600℃，回火保溫時間為2.2min/mm+20～40min，回火後空冷至室溫。
本實施例得到鋼板的顯微組織照片如圖6所示，鋼板的組織為回火索氏體，機械性能見表1。
表1實施例及對比例的力學性能
註：表1中，拉伸試樣採用直徑標距為40mm的棒狀試樣，取樣位置為橫向取樣，板厚1/4處；夏比衝擊試樣尺寸為10×10×55mm，取樣位置為縱向取樣，板厚1/4處；韌脆轉變溫度(dbtt)取衝擊試樣斷口50％纖維斷面率對應的溫度。
由表1可知，採用本發明的淬火+回火控冷工藝製得的鋼板的強度和延伸率基本保持不變，-60℃衝擊韌性提高50％以上，韌脆轉變溫度dbtt至少降低16℃以上。