專利名稱：一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法
技術領域：
本發明屬于冶金領域，具體地說，本發明涉及一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法。
背景技術：
熱處理是將材料放入一定的介質中進行加熱、保溫、冷卻的若干次有機組合以獲得理想的組織和性能的處理過程。根據熱處理的作用，鋼材常見的熱處理工藝有退火、淬火、回火等エ藝。淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后，很快放入淬火介質中，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻的熱處理方法，在此過程中，鋼材溫度驟然降低到某些相變溫度點，發生某些不平衡相變反應，獲得馬氏體、貝氏體或其他復相組織。 回火是エ件淬硬后加熱到ACl以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。根據回火溫度的高低，分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。對于軋制鋼材來說，根據是否在軋制生產線上進行熱處理，鋼材熱處理分為離線熱處理和在線熱處理兩種。在線熱處理是指利用鋼材熱軋后的潛熱或余熱，控制鋼材軋制后的冷卻速度，在溫度變化過程中獲得理想的組織與性能的熱處理過程。隨著軋制機械裝備的發展，以及鋼鐵エ業降低生產成本的需要，越來越多的鋼材可以進行在線熱處理。高強度馬氏體鋼在淬火后，在Ms-Mf之間的一定溫度等溫，使碳由馬氏體分配至殘余奧氏體，以穩定殘余奧氏體，提高鋼的塑性和韌性，這成為一種熱處理工藝，即淬火-碳分配エ藝。在此基礎上，提出了淬火-碳分配-回火熱處理工藝。利用淬火-碳分配-回火エ藝，大大提高了材料的強度，形成了一系列的超高強度鋼。淬火-碳分配-低溫回火超強鋼的離線熱處理比較復雜。例如，2011年第五期《熱處理》公開了ー種《淬火-分配-回火エ藝和多循環淬火-分配-回火エ藝》對于2000MPa級別鋼的(Q-P-T)淬火-分配-回火熱處理工藝需要將冷卻后的鋼材重新加熱，進行奧氏體淬火、碳分配、低溫回火處理奧氏體淬火溫度為800-850°C，碳分配溫度為90-200°C，低溫回火溫度為120_300°C。此エ藝是離線熱處理過程，但エ藝復雜，隨之帶來能耗的增加和成本的提高等問題。

發明內容
為了解決現有技術中的一個或多個問題，本發明提供了一種經濟、高效、節能的在線熱處理方法，該方法不需要離線加熱淬火、回火等エ藝，降低了生產成本，保存了軋制硬化，提高了性能，減少了氧化燒損。本發明的一方面提供了一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法，該方法包括下述步驟將軋制后的鋼材進行直接淬火，淬火起始溫度為850-900°C，淬火結束溫度為150-250°C ;對淬火后的鋼材進行保溫，保溫時間為O. 1-0. 5min/mm，其中，mm是指鋼材厚度或半徑的単位；對保溫后的鋼材進行在線加熱回火，在線回火保溫溫度范圍為200-350°C，回火保溫時間為2-6min/mm,其中，mm是指鋼材厚度或半徑的單位；在回火處理后,將鋼材冷卻至室溫。根據本發明的一方面，淬火結束溫度可為180_230°C。根據本發明的一方面，在對淬火后的鋼材進行保溫的步驟中，保溫時間可為
O.2-0. 3min/mm,其中，mm是指鋼材厚度或半徑的單位。根據本發明的一方面，在對保溫后的鋼材進行在線加熱回火的步驟中，回火保溫溫度范圍可為250-300°C，保溫時間可為3-4min/mm，其中，mm是指鋼材厚度或半徑的単位。根據本發明的一方面，在線加熱回火方法可包括在線感應加熱或者使鋼材進入具有加熱功能的保溫坑中。根據本發明的一方面，回火處理后的冷卻方法可包括空冷、水冷和風冷。優選 地，回火處理后的冷卻方法為水冷。根據本發明的超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法具有下述優點中的至少ー種(I)軋后直接淬火利用軋制后鋼材的余熱，不需要加熱，從而能夠節約能源，降低成本；對軋制后的鋼材直接淬火，減少了回復和加熱引起的動態再結晶，保存了軋制過程中能夠引起加工硬化的位錯、孿晶等顯微結構，從而提高了鋼材淬火后的力學性能，同時減少離線淬火加熱時引起的氧化現象。(2)碳分配直接淬火后進行碳分配，碳由馬氏體分配至殘余奧氏體，同時能夠減小因直接淬火弓I起的淬火應力，減小由淬火變形弓I起的板形變化傾向。本發明提出了一種在線直接淬火、碳分配エ藝，因此能夠簡化生產エ藝，并且能夠降低生產能耗與生產成本。


通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本發明的上述和/或其他目的和優點將會變得更加清楚，其中圖I是根據本發明示例性實施例的一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理裝置的示意圖；圖2是根據本發明示例性實施例的一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法的示意圖。在附圖中，各標號的含義為1_加熱爐，2-粗軋機，3-精軋機，4-熱矯直機，5-直接淬火裝置，6-在線加熱裝置，7-淬火(冷卻)裝置。
具體實施例方式下面將參照附圖描述本發明的示例性實施例，然而，本領域普通技術人員應當理解，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，并將把本發明的范圍充分地傳達給本領域技術人員，而不應當將實施例解釋為限制本發明的范圍。圖I是根據本發明示例性實施例的一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理裝置的示意圖。圖2是根據本發明示例性實施例的一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法的示意圖。參照圖I和圖2，在利用本發明的方法處理鋼材之前，先將坯料經過加熱爐I加熱，然后經過粗軋機2和精軋機3分別進行粗軋和精軋之后，再經過熱矯直機4進行矯直處理，從而得到具有預定形狀的鋼材。上述加熱、軋制和矯直過程對本領域技術人員來講是公知的，因此為了清楚起見，將省略對它們的詳細描述。本領域技術人員應當理解，上述鋼材預處理的步驟僅僅是示例性的，本發明的方法可以省略上面的一個或多個步驟。例如，可以將本發明應用于連鑄連軋エ藝中，從而可以省略加熱爐I。另外，本領域技術人員還可以根據不同的需要來調整粗軋和精軋的道次。通常，超高強度鋼指的是同時具備抗拉強度為大約1500MPa以上，屈服強度為大約1200MPa以上的鋼鐵材 料。根據本發明一個實施例的超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法包括下述步驟將軋制后的鋼材在終軋階段直接淬火(可利用直接淬火裝置5)到Ms-Mf (馬氏體轉變區)之間的一定溫度，優選地，淬火起始溫度可為850-900°C，淬火結束溫度(或稱為“終淬火溫度”)可為150-250°C ;對淬火后的鋼材進行保溫，保溫時間為O. 1-0. 5min/mm，這里，mm是指鋼材的厚度或半徑的單位；對保溫后的鋼材進行在線加熱回火(可利用在線加熱裝置6)，在線回火保溫溫度范圍為200-350°C，回火保溫時間為2-6min/mm，這里，mm是指鋼材厚度的或半徑的単位；在回火處理后，將鋼材冷卻至室溫(可使用淬火(冷卻)裝置7)。根據本發明的一個實施例，在線加熱方法包括在線感應加熱、進入具有加熱功能的溫度200-350°C保溫坑中等方法。根據本發明的另ー實施例，冷卻方法包括空冷、水冷、風冷等冷卻方式，優選為水冷方式。經過上述淬火-碳分配(保溫)-低溫回火超高強度鋼的等溫轉變熱處理后，所獲得的鋼材的組織主要是馬氏體、殘余奧氏體和細小的回火碳化物，較細的板條硬相馬氏體(納米或亞微米級)與極細的薄膜狀軟相殘余奧氏體(納米級)交替分布，并在其間彌散分布著納米尺寸碳化物(納米級)，其中馬氏體的量在90 95%，殘余奧氏體的含量在5 10%。淬火溫度、碳分配溫度和在碳分配溫度下停留的時間以及回火溫度和時間決定著馬氏體量及其碳含量和殘余奧氏體量及其含碳量，從而決定鋼的強度、延伸率和韌性。為了進一歩改善鋼的強度、延伸率和韌性，優選地，終淬火溫度可為180_230°C。在對淬火后的鋼材進行保溫的步驟中，保溫時間優選地為O. 2-0. 3min/mm，這里，mm是指鋼材厚度或半徑的単位。優選地，在對保溫后的鋼材進行在線加熱回火的步驟中，回火保溫溫度范圍為250-300°C，保溫時間為3-4min/mm，這里，mm是指鋼材厚度或半徑的單位。下面將參照具體的示例來詳細描述本發明。具體地說，本示例提供了ー種厚度為20mm的2000MPa級超高強度寬板的制備。首先，應用300mm厚的鑄坯在加熱爐I中進行加熱均勻化處理，然后，經過粗軋機2和精軋機3進行軋制，在達到要求的20mm厚度規格后，軋材在熱矯直機4處矯直。矯直后的軋材終軋溫度為860°C，然后在直接淬火設備5處實施直接淬火，淬火起始溫度為860°C，淬火結束溫度為200°C，保溫5分鐘進行碳分配，再通過在線加熱裝置6將軋材加熱到溫度為280°C，保溫時間為60分鐘。通過淬火裝置7進行快速冷卻至室溫，最后在冷床上空冷。所得到的20mm厚板材的抗拉強度為2100MPa，屈服強度為1600MPa，延伸率為11%。可見，根據本發明的方法能夠獲得具有優異的抗拉強度、屈服強度和延伸率的鋼材，并且本發明充分利用了鋼材軋制、淬火的余熱，提高生產效率，節約能源，降低成本的優點。
雖然已經結合示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對這些實施例進行形式和細節上的各種修改和改 變，本發明的范圍由權利要求書及其等同物限定。
權利要求
1.一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法，所述等溫轉變熱處理方法包括下述步驟 將軋制后的鋼材進行直接淬火，淬火起始溫度為850-900°C，淬火結束溫度為150-250°C ； 對淬火后的鋼材進行保溫，保溫時間為O. 1-0. 5min/mm，其中，mm是指鋼材厚度或半徑的單位； 對保溫后的鋼材進行在線加熱回火，在線回火保溫溫度范圍為200-350°C，回火保溫時間為2-6min/mm,其中，mm是指鋼材厚度或半徑的單位； 在回火處理后，將鋼材冷卻至室溫。
2.如權利要求I所述的等溫轉變熱處理方法，其中，淬火結束溫度為180-230°C。
3.如權利要求I所述的等溫轉變熱處理方法，其中，在對淬火后的鋼材進行保溫的步驟中，保溫時間為O. 2-0. 3min/mm,其中，mm是指鋼材厚度或半徑的單位。
4.如權利要求I所述的等溫轉變熱處理方法，其中，在對保溫后的鋼材進行在線加熱回火的步驟中，回火保溫溫度范圍為250-300°C，保溫時間為3-4min/mm，其中，mm是指鋼材厚度或半徑的単位。
5.如權利要求I所述的等溫轉變熱處理方法，其中，在線加熱回火的步驟包括在線感應加熱或者使鋼材進入具有加熱功能的保溫坑中。
6.如權利要求I所述的等溫轉變熱處理方法,其中，回火處理后的冷卻方法包括空冷、水冷和風冷。
全文摘要
本發明公開了一種超高強度鋼的等溫轉變熱處理方法，該方法包括下述步驟將軋制后的鋼材進行直接淬火，淬火起始溫度為850-900℃，終淬火溫度為150-250℃；對淬火后的鋼材進行保溫，保溫時間為0.1-0.5min/mm，這里，mm是指鋼材厚度或半徑的單位；對保溫后的鋼材進行在線加熱回火，在線回火保溫溫度范圍為200-350℃，回火保溫時間為2-6min/mm，這里，mm是指鋼材厚度或半徑的單位；在回火處理后，將鋼材冷卻至室溫。
文檔編號C21D11/00GK102864299SQ201210331699
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者許榮昌, 劉成寶, 朱京軍, 李文錢, 魏軍廣, 馮文義, 張長宏, 吳德發 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司