一种降低超高强度海工钢屈强比的热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超高强度海工钢热处理技术领域，具体的说是一种降低超高强度海工钢屈强比的热处理工艺。
【背景技术】
[0002]随着国家《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《海洋工程装备制造业中长期发展规划》实施，将促进海洋工程装备制造业的发展，加大对高端海洋工程用钢的需求。由于海洋工程服役时间长，采用的钢板必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蚀等特性。当前，国际工程用钢主要是屈服强度为355MPa、420MPa、460MPa的钢材。自升式海洋平台的粧腿、悬臂梁、升降齿条机构等需要460MPa-690MPa级及690MPa级以上的高强钢等专用钢。
[0003]—般来说，在采用各种强化机制提高海工钢强度的同时，其屈强比将不可避免地上升，但对于某些具有特殊用途的海工钢，出于安全考虑，对海工钢的屈强比有严格要求。例如，英国劳氏船级社明确要求420MPa-690MPa级超高强度海工钢屈强比< 0.94。以Q+T(淬火+回火)状态交货的超高强度海工钢必须采用适当的热处理工艺，以提高其强韧性的匹配。深入研究超高强度海工钢的热处理工艺，通过优化工艺参数，摸清热处理工艺参数和超高强度海工钢屈强比的关系，对超高强度海工钢的应用及其发展有着重要的意义。
[0004]采用Q+T(淬火+回火)工艺热处理的超高强度海工钢，淬火温度为890_930°C，保温时间为1.4-1.8min/mm；回火温度为580_650°C，保温时间为2.5-4.5min/mm。对于Q+T处理的超高强度海工钢，显微组织为回火马氏体，屈强比很难降低到0.94以下。为适应海工钢高强韧化的发展趋势，开发具有低屈强比的高强度钢板具有重要的市场价值。
[0005]TMCP(控乳控冷)工艺，可以降低超高强度钢的屈强比。钢坯经过两阶段乳制，乳后快速(或超快)冷却，可以在保证强度的同时，实现了高的低温韧性和低的屈强比，广泛用于超高强度低屈强比的结构、桥梁、建筑、管线用钢;但是不能满足以Q+T状态交货的超高强度海工钢。例如现有专利(具有优良低温韧性的高强度且低屈强比的结构用钢，CN200880117319.5、一种低屈强比高性能桥梁钢及其制造方法，CN201510021680.X、低屈强比高强度厚板及其制备工艺，CN201010127855.2、等)和文献(780MPa级低屈强比建筑结构用钢组织调控与工艺开发，东北大学博士论文，2012、新一代控制乳制和控制冷却技术与创新的热乳过程，东北大学学报，2009、超快冷工艺生产高纲级管线钢的研究，武汉科技大学博士论文，2014、等)报道。
[0006]通过TMCP+热处理工艺，例如TMCP+Q+T (控乳控冷+淬火+回火)、TMCP+L+T (控乳控冷+亚温淬火+回火)、TMCP+T(控乳控冷+回火)，也可以降低超高强度钢的屈强比，同时保持良好的低温韧性，可以获得高韧性低屈强比钢板;但增加了乳钢过程中的控冷工艺。例如现有专利(低屈强比低裂纹敏感性Q550CF调质钢及生产方法，CN201410240349.2、一种低屈强比高韧性钢板及其制造方法，CN201110287965.X、等)和文献(低C含Cu NV-F690特厚板的精细组织和强韧性，金属学报，2012、热处理工艺对690MPa级低屈强比高强钢组织性能的影响，材料热处理学报，2013、等)报道。
[0007]多步热处理工艺，例如Q+L+T(淬火+两相区淬火+回火)工艺，对降低钢板的屈强比也是一种有效的方法，可显著降低超高强度结构和船板钢的屈强比；但增加了热处理过程中的两相区淬火工艺。例如现有专利(一种连铸坯生产水电站用特厚钢板的制造方法，CN201210576537.3、一种高强度高韧性低合金耐磨钢及其制造方法，CN201010200002.7、钒硼微合金化高强钢及其热处理工艺、CN201310532733.5、等)和文献(热处理工艺对NV-F690船板钢组织和性能的影响，材料热处理学报，2011、两相区二次淬火对高强度船体钢低温韧性的影响，金属热处理，2012、等)报道。
[0008]L+T(两相区淬火+回火)和N+T(正火+回火)工艺，钢板可以达到很低的屈强比；但强度却大幅下降，有可能不能满足超高强度钢的要求。例如现有文献(热处理工艺对低屈强比高强度结构钢组织与性能的影响，金属热处理，2014、等)报道。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是:
针对现有技术中超高强度海工钢屈强比过高(>0.94)，钢板通过热乳之后如何通过简单的热处理工艺改变组织形态，在保证钢板强韧性匹配的情况下，显著降低超高强度海工钢的屈强比。
[0010]本发明解决以上技术问题的技术方案是:
一种降低超高强度海工钢的屈强比的热处理工艺，采用临界温度淬火+高温短时回火，即淬火温度为Ac3±20°C(注:Ac3为亚共析钢加热时，铁素体完全转变为奥氏体的温度)，保温时间为1.4-1.81^11/111111;回火温度为4(31-(80-150)°(3(注:4(31为亚共析钢加热时，铁素体开始转变为奥氏体的温度)，保温时间为0.5-2.0min/mm。
[0011]其中，临界温度淬火具体为:淬火温度为Ac3 土 20°C，保温时间为1.4-1.8min/mm，然后水冷至室温，得到均匀细小的奥氏体晶粒，淬火后组织主要为板条马氏体，同时保留部分针片状铁素体组织;形成的板条马氏体组织作为硬相组织，使钢具有高的抗拉强度;形成的针片状铁素体组织作为软相组织，使钢具有低的屈服强度和良好的伸长率，淬火后的钢兼具低屈强比和高强度；
高温短时回火具体为:回火温度为Ac 1-( 80-150) °C，保温时间为0.5-2.0min/mm，然后空冷至室温，使钢中铁素体开始发生再结晶，相邻的针片状铁素体发生合并，铁素体尺寸变大，钢的屈服强度降低，伸长率升高，并使板条马氏体发生分解，大量的C原子脱溶形成渗碳体，马氏体组织转变为α-铁素体和渗碳体，钢的抗拉强度降低，而冲击韧性明显改善。
[0012]其中，淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；回火加热是在回火