大厚度高强钢板在线淬火工艺的制作方法

本发明涉及金属加工领域，特别涉及一种大厚度高强钢板在线淬火工艺。

背景技术：

传统高强钢一般采用“离线淬火+离线回火”的工艺生产，存在生产工序流程长、工序能耗高、生产成本高等问题。为了提高市场竞争力，各国钢铁企业主要从减量化、短流程、低能耗、提高生产效率等方面降低成本，与此同时还要满足客户对钢材性能提出的越来越高的要求。在线淬火技术作为满足上述要求的新技术之一，正在受到钢铁行业的共同关注，也成为中厚板控制冷却设备的必备功能之一。

公开号为cn101215624的中国专利《一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法》公开一种在线淬火生产工艺，利用在线淬火生产工艺生产的钢板的厚度为20-50mm，它是将钢坯加热至1100℃-1250℃；分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为860℃-950℃；采用气雾及水幕两阶段冷却方式实现钢板在线淬火，冷却区平均冷却速度为25-45℃/s，温度降至150℃-300℃的淬火终止；对淬火后的钢板高温下回火。公开号为cn102851604的中国专利《一种屈服强度690mpa级高强度钢板的生产方法》公开一种690mpa级高强度钢板的生产工艺，该生产工艺采用低碳微合金化设计，控制轧制后通过在线淬火(dq)+回火工艺(t)，获得了回火马氏体+回火贝氏体的整合组织，利用在线淬火生产工艺生产的钢板厚度小于40mm，冷却速率为20-25℃/s。

上述在线淬火工艺采用的冷却速率为20-45℃/s，对于厚规格钢板，在线淬火过程中厚度方向会产生很大的温度梯度，钢板的淬透性无法保证，无法得到均匀的马氏体组织。

分析测试表明，采用上述在线淬火工艺生产50mm以上厚度的高强度钢板，存在淬透性和组织均匀性差的问题，导致延伸率和冲击韧性达不到标准要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大厚度高强钢板在线淬火工艺，该工艺采用在线淬火(dq)+离线回火(t)生产厚度为60-80mm、屈服强度为690mpa级别的高强度钢板，降低生产成本的同时提高生产效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大厚度高强钢板在线淬火工艺，其特征在于，所述高强钢板由连铸坯经所述在线淬火工艺制成，所述在线淬火工艺包括如下步骤：

1)加热：将所述连铸坯在加热炉中加热到1170-1250℃，加热速度8-10min/cm，所述连铸坯出炉温度为1200-1220℃；

2)除鳞：利用预除鳞机系统对加热完毕的所述连铸坯进行高压水除鳞；

3)轧制：采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两相区轧制；

4)冷却：经过步骤3)后，采用冷却系统进行在线淬火冷却；

5)缓冷：经过步骤4)后，立即倒运到缓冷区域堆垛，均匀冷却24～48小时后切割；

6)回火：经过步骤5)后进行回火处理，回火处理温度为620-660℃，保温时间15-30分钟。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，所述连铸坯的厚度为300-350mm。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，按重量百分比计，所述高强钢板包括如下化学成分：

c：0.13-0.18％，：si：0.2-0.4％，mn：1.35-1.6％，p≤0.02％，s≤0.008％，ni：0.15-0.4％，cr：0.2-0.5％，nb：≤0.05％，v：0.03-0.06％，ti：0.01-0.035％，mo：0.2-0.35％，b：0.001-0.002％，余量为fe和不可避免的杂质；碳当量≤0.65。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，所述高强钢板的厚度为60-80mm，屈服强度的级别为690mpa。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，所述高强钢板的力学性能如下：

屈服强度≥700mpa，抗拉强度为790-900mpa，屈强比≤0.92，延伸率≥16％，-20℃下的冲击功≥100j。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，在所述步骤3)中，在奥氏体再结晶区轧制时，粗轧5-7道次，厚度轧制为成品厚度的2-2.5倍，前两个道次压下率在10％以上，采用大压下率充分细化奥氏体晶粒。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，在所述步骤3)中，在奥氏体未再结晶区轧制时，精轧7-9道次，开轧温度960-1000℃，终轧温度为840-890℃。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，在所述步骤2)中，高压水的压力为23-26mpa。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，在所述步骤4)中，采用mulpic冷却系统进行在线淬火冷却。

进一步地，在上述的在线淬火工艺中，在所述步骤4)中，采用mulpic冷却系统进行在线淬火冷却时：开冷温度为810-850℃，冷却速率为5-7℃/s，终冷温度为200℃以下，实现在线直接淬火。

分析可知，本发明公开一种大厚度高强钢板在线淬火工艺，该工艺采用在线淬火(dq)+离线回火(t)生产厚度为60-80mm、屈服强度为690mpa级别的高强度钢板，工艺流程包括加热、除鳞、轧制、冷却、缓冷、和回火。通过合理设计加热、轧制、冷却及回火工艺，获得比常规调质高强钢性能更优异的产品；采用在线淬火工艺，保留终轧时钢板组织内的高密度位错，为相变增加形核点，进一步细化晶粒，提高钢板强韧性，在现有技术基础上降低mo、ni等贵重元素含量，降低了合金成本；采用较低的冷却速率，降低厚度方向的温度梯度，提高组织均匀性；在降低生产成本的同时提高了生产效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为实施例1中高强钢板的头部厚度1/4位置处的金相组织照片。

图2为实施例1中高强钢板的头部厚度1/2位置处的金相组织照片。

图3为实施例2中高强钢板的头部厚度1/4位置处的金相组织照片。

图4为实施例2中高强钢板的头部厚度1/2位置处的金相组织照片。

图5为实施例3中高强钢板的头部厚度1/4位置处的金相组织照片。

图6为实施例3中高强钢板的头部厚度1/2位置处的金相组织照片。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

本发明提供了一种大厚度高强钢板在线淬火工艺，该工艺生产厚度为60-80mm(比如：60mm、65mm、70mm、75mm、80mm)、屈服强度的级别为690mpa级别的高强度结构钢板。

本发明的在线淬火工艺的工艺流程为：铁水预处理→120吨转炉冶炼→lf精炼→rh精炼→板坯连铸→清理→加热→除鳞→轧制→冷却→缓冷→回火。

铁水预处理、120吨转炉冶炼、lf精炼、rh精炼、板坯连铸和清理步骤采用现有技术进行处理。

高强钢传统生产工艺是tmcp+离线淬火+离线回火，因采用两火处理，存在着流程长、工序能耗高、生产成本高等问题。其中tmcp(thermomechanicalcontrolprocess：热机械控制工艺)是指在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却的技术总称。

本发明采用在线淬火工艺，在线淬火工艺是指在轧线上实现直接淬火的工艺，这种工艺有效的利用了轧后余热，将变形与热处理工艺有机结合，从而有效地改善钢板的综合性能。可降低生产成本、缩短生产流程。

按重量百分比计，本发明利用在线淬火工艺得到的钢板的化学成分包括如下：

c：0.13-0.18％，：si：0.2-0.4％，mn：1.35-1.6％，p≤0.02％，s≤0.008％，ni：0.15-0.4％，cr：0.2-0.5％，nb：≤0.05％，v：0.03-0.06％，ti：0.01-0.035％，mo：0.2-0.35％，b：0.001-0.002％，余量为fe和不可避免的杂质。

碳当量≤0.65，碳当量ceq的计算公式如下：

ceq＝c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14。

在现有技术基础上降低mo、ni等贵重元素含量，降低了合金成本。

本发明的在线淬火工艺的步骤及原理如下：

1、加热

将300mm-350mm厚度连铸坯在加热炉中加热到1170-1250℃(比如：1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃)，加热速度8-10min/cm(比如：8min/cm、9min/cm、10min/cm)，连铸坯出炉温度为1200-1220℃(比如：1200℃、1205℃、1210℃、1215℃、1220℃)。

采用厚度为300mm-350mm的连铸坯，能够保证足够的压缩比。

2、除鳞

利用预除鳞机系统对加热完毕的连铸坯进行高压水除鳞，高压水压力为23-26mpa(比如：23mpa、24mpa、25mpa、26mpa)。

3、轧制

采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两相区轧制，在奥氏体再结晶区轧制时，粗轧5-7道次，厚度轧制为成品厚度的2-2.5倍(比如：2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍)，前两个道次压下率在10％以上，采用大压下率充分细化奥氏体晶粒。

在奥氏体未再结晶区轧制时，精轧7-9道次，开轧温度960-1000℃(比如：960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃)，终轧温度为840-890℃(比如：840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃)。

终轧时保留了钢板组织内的高密度位错，为相变增加形核点，进一步细化晶粒，提高钢板强韧性。

4、冷却

经过步骤3后，采用mulpic冷却系统进行在线淬火冷却，开冷温度为810-850℃(比如：810℃、815℃、820℃、825℃、830℃、835℃、840℃、845℃、850℃)，冷却速率为5-7℃/s(比如：5℃/s、6℃/s、7℃/s)，终冷温度为200℃以下，实现在线直接淬火。

采用较低的冷却速率，能够降低厚度方向的温度梯度，提高组织均匀性，从而保证钢板的淬透性。

5、缓冷

经过步骤4后，立即倒运到缓冷区域堆垛，使应力均匀释放，避免二次变形，均匀冷却24～48小时(比如：24小时、26小时、28小时、30小时、32小时、34小时、36小时、38小时、40小时、42小时、44小时、46小时、48小时)后切割，保证应力均匀释放。

6、回火

经过步骤5后进行回火处理，回火处理温度为620-660℃(比如：620℃、625℃、630℃、635℃、640℃、645℃、650℃、655℃、660℃)，保温时间15-30分钟(比如：15分钟、18分钟、21分钟、24分钟、27分钟、30分钟)，得到均匀的回火马氏体组织，实现了强度、韧性、塑性的良好匹配。

本发明利用在线淬火工艺得到的钢板具有如下力学性能：

屈服强度≥700mpa，抗拉强度为790-900mpa，屈强比≤0.92，延伸率≥16％，-20℃下的冲击功均≥100j。

实施例1：

本实施例的钢板的钢种为q690d，成品厚度60mm。

按重量百分比计，本实施例中的钢板的化学成分为：

c：0.15％，si：0.26％，mn：1.45％，p：0.010％，s：0.006％，ni：0.25％，cr：0.32％，nb：0.03％，v：0.04％，ti：0.025％，mo：0.31％，b：0.0015％，余量为fe和不可避免的杂质。

包括如下步骤：

1、加热

将300mm厚度连铸坯在加热炉中加热温度为1215℃，加热速度按9min/cm控制，连铸坯出炉温度为1215℃。

2、除鳞

利用预除鳞机系统对加热完毕的连铸坯进行高压水除鳞，高压水压力为24.5mpa。

3、轧制

采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两相区轧制，在奥氏体再结晶区轧制时，粗轧7道次，厚度轧制为成品厚度的2.1倍，前两个道次压下率在10％以上，采用大压下率充分细化奥氏体晶粒。

在奥氏体未再结晶区轧制时，精轧9道次，开轧温度970℃，终轧温度为885℃。

4、冷却

经过步骤3轧制结束后，采用mulpic冷却系统进行在线淬火冷却，开冷温度为842℃，冷却速率为6℃/s，终冷温度为135℃。

5、缓冷

经过步骤4冷却后，快速倒运到缓冷区域堆垛，均匀冷却48小时后切割。

6、回火

经过步骤5缓冷并切割后进行回火处理，回火处理温度为640℃，保温时间20分钟。

如图1和图2所示，高强钢板的头部厚度1/4位置处和1/2位置处的组织均匀。经由上述工艺制造的60mm厚的q690d高强度结构钢板成品具有优良的强度和冲击韧性以及较高的淬透性，综合性能优异符合行业使用要求，其力学性能见表1所示。

表1实施例1中制造的钢板的力学性能

实施例2：

本实施例的钢板的钢种为q690d，成品厚度80mm。

本实施例中的钢板的化学成分按重量百分比为：

c：0.17％，si：0.29％，mn：1.49％，p：0.009％，s：0.006％，ni：0.31％，cr：0.36％，nb：0.035％，v：0.042％，ti：0.026％，mo：0.32％，b：0.0014％，余量为fe和不可避免的杂质。

包括如下步骤：

1、加热

将300mm厚度连铸坯在加热炉中加热，加热温度为1220℃，加热速度按9min/cm控制，连铸坯出炉温度为1220℃。

2、除鳞

利用预除鳞机系统对加热完毕的连铸坯进行高压水除鳞，高压水压力为24.5mpa。

3、轧制

采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两相区轧制，在奥氏体再结晶区轧制时，粗轧5道次，厚度轧制为成品厚度的2.3倍，前两个道次压下率在10％以上，采用大压下率充分细化奥氏体晶粒。

在奥氏体未再结晶区轧制时，精轧9道次，开轧温度960℃，终轧温度为880℃。

4、冷却

经过步骤3后，采用mulpic冷却系统进行在线淬火冷却，开冷温度为839℃，冷却速率为6℃/s，终冷温度为155℃。

5、缓冷

经过步骤4后，立即倒运到缓冷区域堆垛，均匀冷却48小时后切割。

6、回火

经过步骤5后进行回火处理，回火处理温度为650℃，保温时间25分钟。

如图3和图4所示，高强钢板的头部厚度1/4位置处和1/2位置处的组织均匀。经由上述工艺制造的80mm厚的q690d高强度结构钢板成品具有优良的强度和冲击韧性以及较高的淬透性，综合性能优异符合行业使用要求，其力学性能见表2所示。

表2实施例2中制造的钢板的力学性能

实施例3：

本实施例的钢板的钢种为q690d，成品厚度70mm。

本实施例中的钢板的化学成分按重量百分比为：

c：0.16％，si：0.32％，mn：1.51％，p：0.01％，s：0.006％，ni：0.33％，cr：0.39％，nb：0.032％，v：0.041％，ti：0.032％，mo：0.31％，b：0.0012％，余量为fe和不可避免的杂质。

包括如下步骤：

1、加热

将300mm厚度连铸坯在加热炉中加热，加热温度为1220℃，加热速度按9min/cm控制，连铸坯出炉温度为1220℃。

2、除鳞

利用预除鳞机系统对加热完毕的连铸坯进行高压水除鳞，高压水压力为25mpa。

3、轧制

采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两相区轧制，在奥氏体再结晶区轧制时，粗轧5道次，厚度轧制为成品厚度的2.1倍，前两个道次压下率在10％以上，采用大压下率充分细化奥氏体晶粒。

在奥氏体未再结晶区轧制时，精轧9道次，开轧温度980℃，终轧温度为876℃。

4、冷却

经过步骤3轧制结束后，采用mulpic冷却系统进行在线淬火冷却，开冷温度为832℃，冷却速率为6℃/s，终冷温度为150℃。

5、缓冷

经过步骤4冷却后，快速倒运到缓冷区域堆垛，均匀冷却48小时后切割。

6、回火

经过步骤5缓冷并切割后进行回火处理，回火处理温度为660℃，保温时间25分钟。

如图5和图6所示，高强钢板的头部厚度1/4位置处和1/2位置处的组织均匀。经由上述工艺制造的70mm厚的q690d高强度结构钢板成品具有优良的强度和冲击韧性以及较高的淬透性，综合性能优异符合行业使用要求，其力学性能见表3所示。

表3实施例3中制造的钢板的力学性能

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明公开一种大厚度高强钢板在线淬火工艺，该工艺采用在线淬火(dq)+离线回火(t)生产厚度为60-80mm、屈服强度为690mpa级别的高强度钢板，工艺流程包括加热、除鳞、轧制、冷却、缓冷、和回火。通过合理设计加热、轧制、冷却及回火工艺，获得比常规调质高强钢性能更优异的产品；采用在线淬火工艺，保留终轧时钢板组织内的高密度位错，为相变增加形核点，进一步细化晶粒，提高钢板强韧性，在现有技术基础上降低mo、ni等贵重元素含量，降低了合金成本；采用较低的冷却速率，降低厚度方向的温度梯度，提高组织均匀性；在降低生产成本的同时提高了生产效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。