一种提高正火钢板综合性能的方法与流程

文档序号：16564646发布日期：2019-01-13 16:15阅读：400来源：国知局

本发明属于钢板生产技术领域，特别涉及一种提高正火钢板综合性能的方法。

背景技术：

正火型钢板可广泛应用于桥梁、船板、建筑、压力容器、风电等行业，具有不可替代的作用，这些行业在项目设计时有时强制要求使用正火钢板。船板钢AH32/36/40、DH32/36/40、EH32/36/40、FH32/36/40，桥梁钢Q370qD/E、Q420qD/E，压力容器用钢Q345R、Q370R等均可采用正火工艺交货。

常规正火钢是将钢加热到Ac3以上30～50℃保温，然后在室温的静止空气中自然冷却。常规正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。正火热处理具有使钢板组织和性能均匀稳定、合格率高、生产过程容易控制的优点。

经过正火工艺处理后的钢板，其强度通常比控轧后的强度低，有时处于标准值下限，偶尔也会出现强度不符的情况，为了解决这一问题，一般采用的方法是通过添加大量的Mn、Cr、Cu、Ni等固溶强化类合金元素来提高正火后钢板的强度，但过多的合金使得成本增加的同时，钢板的碳当量急剧升高，焊接性能降低。

对于现有技术来说，提高正火钢的综合性能，部分专利采用常规正火+弱水冷处理的方法，如专利CN 101319270B、CN 101307380B、CN 102912091B，其将钢板置于淬火炉中，炉温为Ac3以上30～50℃，然后放入淬火机进行弱水冷处理；专利CN 101831532A是将钢板加热至850～950℃进行正火，出炉后通过汽雾冷却和层流冷却结合的方式冷却至400～700℃；专利CN 103667912A是将钢板加热至760～820℃亚温正火，然后通过高密度管层流或淬火机以2～35℃/s的冷速水冷至300～650℃。以上方法虽能提高钢板的力学性能，但钢板需入水冷却，表层在水冷情况下冷速较快，表层先相变，心部冷速较慢后相变，导致表层和心部组织不均匀，力学性能也会有一定的差异，且会有较大的组织内应力。

上述专利文献公开的提高正火钢综合性能的技术方案存在以下几点不足：1)采用常规正火热处理，需添加Mn、Cr、Cu、Ni等固溶强化类合金元素，导致成本增加，焊接性能下降；2)采用常规正火/亚温正火+水冷处理，导致钢板表层和心部组织性能有一定的差异，且有较大的内应力。

技术实现要素：

为了解决上述技术方案的不足，本发明提出一种提高正火钢板综合性能的方法。钢板中含有0.05～0.09％的V，正火温度T满足Ac1≤T≤Ac3和T≤Tvc，正火后置于静止空气中自然冷却至室温。通过添加V可减少Cr、Ni、Mo等合金的添加量，降低成本，同时严格控制正火工艺，正火后无需水冷，钢板表层和心部组织性能均匀，无内应力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高正火钢板综合性能的方法，钢板的化学成分按质量百分比计为：C：0.13～0.20％、Si：0.15～0.35％、Mn：1.0～2.0％，P≤0.012％，S≤0.010％，并含有Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、B、N等合金元素中的一种或一种以上，同时钢板中必须含有0.05～0.09％的V，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板的生产工艺包括：

1)根据上述化学成分冶炼、浇铸成板坯、并轧制成厚板，板厚为≥15mm；

2)热处理工艺，正火加热温度T满足Ac1≤T≤Ac3，同时要求正火温度T≤Tvc，正火后置于静止空气中自然冷却至室温。

进一步，所述的提高正火钢板综合性能的方法中，Ac1＝723-10.7Mn-16.9Ni+29.1Si+16.9Cr+290As+62.8W，Ac3＝910-203C^1/2-15.2Ni+44.7Si+104V+31.5Mo+13.1W，Tvc＝9500/(6.72-log([V][C]))-273。

V在钢中能起到析出强化作用，采用常规正火工艺生产时，正火温度一般高于Tvc，V的碳化物基本能完全溶于奥氏体中，在随后静止的空气中冷却时，析出量约为30％，析出强化效果较小；若采用常规正火+水冷处理工艺生产时，V的碳化物虽溶于奥氏体中，但由于后续冷却速度较大，抑制V碳化物的析出，致使析出量更小，析出强化效果小，大部分V未得到充分利用，同时快冷导致钢板表层和心部组织性能不均匀，并有内应力。

在本发明中，钢的化学成分中含有0.05～0.09％的V，在正火热处理时，加热温度T满足Ac1≤T≤Ac3和T≤Tvc。V在此温度下保温过程中能够大幅度析出，析出量较大，这些析出物可起到四方面的作用，第一，起到析出强化作用；第二，可阻碍奥氏体晶粒的长大，细化奥氏体晶粒；第三，在正火后空冷冷却相变过程中可成为铁素体形核核心，增加形核率；第四，可阻止相变后的铁素体晶粒长大，细化相变后的组织。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

1.本发明采用的正火工艺较常规正火温度低，钢板氧化程度低，能耗低，生产成本较低。同时，钢板在正火后直接于静止的空气中自然冷却至室温，钢板无需水冷，钢板表层和心部组织性能均匀，无内应力。

2.本发明的正火温度较常规正火低，奥氏体晶粒较细，同时充分利用V的析出，不但能达到析出强化的目的，还能利用析出物来充分的细化奥氏体和铁素体晶粒，来达到析出强化和晶粒细化双重效果。

3.采用本发明的正火工艺制得的钢板，各项力学性能均得到一定幅度提高，其屈服强度提高50MPa以上，抗拉强度提高40MPa以上，冲击功提高10％以上。

4.采用本发明的正火工艺制得的钢板，其晶粒较细，强度和韧性均较常规工艺高。采用此工艺，可适当降低钢板中合金含量(不包含V)而对钢板的力学性能不产生影响。

附图说明

图1为实施例1中的显微组织照片；

图2为对比实施例1中的显微组织照片；

图3为实施例2中的显微组织照片；

图4为对比实施例2中的显微组织照片；

图5为实施例3中的显微组织照片；

图6为对比实施例3中的显微组织照片。

具体实施方式

以下结合若干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

正火钢由以下组分组成(wt％)：C：0.15％，Si：0.25％，Mn：1.39％，P：0.0068％，S：0.0043％，Cr：0.021％，Ni：0.019％，Mo：0.014％，Nb：0.0055％，B：0.0003％，Ti：0.014％，N：0.0033％，V：0.056％，其余为Fe和不可避免的杂质。