一種降低超高強(qiáng)度海工鋼屈強(qiáng)比的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超高強(qiáng)度海工鋼熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種降低超高強(qiáng)度海工鋼屈強(qiáng)比的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》和《海洋工程裝備制造業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》實(shí)施，將促進(jìn)海洋工程裝備制造業(yè)的發(fā)展，加大對高端海洋工程用鋼的需求。由于海洋工程服役時(shí)間長，采用的鋼板必須具有高強(qiáng)度、高韌性、抗疲勞、抗層狀撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蝕等特性。當(dāng)前，國際工程用鋼主要是屈服強(qiáng)度為355MPa、420MPa、460MPa的鋼材。自升式海洋平臺(tái)的粧腿、懸臂梁、升降齒條機(jī)構(gòu)等需要460MPa-690MPa級(jí)及690MPa級(jí)以上的高強(qiáng)鋼等專用鋼。
[0003]—般來說，在采用各種強(qiáng)化機(jī)制提高海工鋼強(qiáng)度的同時(shí)，其屈強(qiáng)比將不可避免地上升，但對于某些具有特殊用途的海工鋼，出于安全考慮，對海工鋼的屈強(qiáng)比有嚴(yán)格要求。例如，英國勞氏船級(jí)社明確要求420MPa-690MPa級(jí)超高強(qiáng)度海工鋼屈強(qiáng)比< 0.94。以Q+T(淬火+回火)狀態(tài)交貨的超高強(qiáng)度海工鋼必須采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，以提高其?qiáng)韌性的匹配。深入研究超高強(qiáng)度海工鋼的熱處理工藝，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，摸清熱處理工藝參數(shù)和超高強(qiáng)度海工鋼屈強(qiáng)比的關(guān)系，對超高強(qiáng)度海工鋼的應(yīng)用及其發(fā)展有著重要的意義。
[0004]采用Q+T(淬火+回火)工藝熱處理的超高強(qiáng)度海工鋼，淬火溫度為890_930°C，保溫時(shí)間為1.4-1.8min/mm；回火溫度為580_650°C，保溫時(shí)間為2.5-4.5min/mm。對于Q+T處理的超高強(qiáng)度海工鋼，顯微組織為回火馬氏體，屈強(qiáng)比很難降低到0.94以下。為適應(yīng)海工鋼高強(qiáng)韌化的發(fā)展趨勢，開發(fā)具有低屈強(qiáng)比的高強(qiáng)度鋼板具有重要的市場價(jià)值。
[0005]TMCP(控乳控冷)工藝，可以降低超高強(qiáng)度鋼的屈強(qiáng)比。鋼坯經(jīng)過兩階段乳制，乳后快速(或超快)冷卻，可以在保證強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高的低溫韌性和低的屈強(qiáng)比，廣泛用于超高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比的結(jié)構(gòu)、橋梁、建筑、管線用鋼;但是不能滿足以Q+T狀態(tài)交貨的超高強(qiáng)度海工鋼。例如現(xiàn)有專利(具有優(yōu)良低溫韌性的高強(qiáng)度且低屈強(qiáng)比的結(jié)構(gòu)用鋼，CN200880117319.5、一種低屈強(qiáng)比高性能橋梁鋼及其制造方法，CN201510021680.X、低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度厚板及其制備工藝，CN201010127855.2、等)和文獻(xiàn)(780MPa級(jí)低屈強(qiáng)比建筑結(jié)構(gòu)用鋼組織調(diào)控與工藝開發(fā)，東北大學(xué)博士論文，2012、新一代控制乳制和控制冷卻技術(shù)與創(chuàng)新的熱乳過程，東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2009、超快冷工藝生產(chǎn)高綱級(jí)管線鋼的研究，武漢科技大學(xué)博士論文，2014、等)報(bào)道。
[0006]通過TMCP+熱處理工藝，例如TMCP+Q+T (控乳控冷+淬火+回火)、TMCP+L+T (控乳控冷+亞溫淬火+回火)、TMCP+T(控乳控冷+回火)，也可以降低超高強(qiáng)度鋼的屈強(qiáng)比，同時(shí)保持良好的低溫韌性，可以獲得高韌性低屈強(qiáng)比鋼板;但增加了乳鋼過程中的控冷工藝。例如現(xiàn)有專利(低屈強(qiáng)比低裂紋敏感性Q550CF調(diào)質(zhì)鋼及生產(chǎn)方法，CN201410240349.2、一種低屈強(qiáng)比高韌性鋼板及其制造方法，CN201110287965.X、等)和文獻(xiàn)(低C含Cu NV-F690特厚板的精細(xì)組織和強(qiáng)韌性，金屬學(xué)報(bào)，2012、熱處理工藝對690MPa級(jí)低屈強(qiáng)比高強(qiáng)鋼組織性能的影響，材料熱處理學(xué)報(bào)，2013、等)報(bào)道。
[0007]多步熱處理工藝，例如Q+L+T(淬火+兩相區(qū)淬火+回火)工藝，對降低鋼板的屈強(qiáng)比也是一種有效的方法，可顯著降低超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)和船板鋼的屈強(qiáng)比；但增加了熱處理過程中的兩相區(qū)淬火工藝。例如現(xiàn)有專利(一種連鑄坯生產(chǎn)水電站用特厚鋼板的制造方法，CN201210576537.3、一種高強(qiáng)度高韌性低合金耐磨鋼及其制造方法，CN201010200002.7、釩硼微合金化高強(qiáng)鋼及其熱處理工藝、CN201310532733.5、等)和文獻(xiàn)(熱處理工藝對NV-F690船板鋼組織和性能的影響，材料熱處理學(xué)報(bào)，2011、兩相區(qū)二次淬火對高強(qiáng)度船體鋼低溫韌性的影響，金屬熱處理，2012、等)報(bào)道。
[0008]L+T(兩相區(qū)淬火+回火)和N+T(正火+回火)工藝，鋼板可以達(dá)到很低的屈強(qiáng)比；但強(qiáng)度卻大幅下降，有可能不能滿足超高強(qiáng)度鋼的要求。例如現(xiàn)有文獻(xiàn)(熱處理工藝對低屈強(qiáng)比高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼組織與性能的影響，金屬熱處理，2014、等)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:
針對現(xiàn)有技術(shù)中超高強(qiáng)度海工鋼屈強(qiáng)比過高(>0.94)，鋼板通過熱乳之后如何通過簡單的熱處理工藝改變組織形態(tài)，在保證鋼板強(qiáng)韌性匹配的情況下，顯著降低超高強(qiáng)度海工鋼的屈強(qiáng)比。
[0010]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
一種降低超高強(qiáng)度海工鋼的屈強(qiáng)比的熱處理工藝，采用臨界溫度淬火+高溫短時(shí)回火，即淬火溫度為Ac3±20°C(注:Ac3為亞共析鋼加熱時(shí)，鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度)，保溫時(shí)間為1.4-1.81^11/111111;回火溫度為4(31-(80-150)°(3(注:4(31為亞共析鋼加熱時(shí)，鐵素體開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度)，保溫時(shí)間為0.5-2.0min/mm。
[0011]其中，臨界溫度淬火具體為:淬火溫度為Ac3 土 20°C，保溫時(shí)間為1.4-1.8min/mm，然后水冷至室溫，得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后組織主要為板條馬氏體，同時(shí)保留部分針片狀鐵素體組織;形成的板條馬氏體組織作為硬相組織，使鋼具有高的抗拉強(qiáng)度;形成的針片狀鐵素體組織作為軟相組織，使鋼具有低的屈服強(qiáng)度和良好的伸長率，淬火后的鋼兼具低屈強(qiáng)比和高強(qiáng)度；
高溫短時(shí)回火具體為:回火溫度為Ac 1-( 80-150) °C，保溫時(shí)間為0.5-2.0min/mm，然后空冷至室溫，使鋼中鐵素體開始發(fā)生再結(jié)晶，相鄰的針片狀鐵素體發(fā)生合并，鐵素體尺寸變大，鋼的屈服強(qiáng)度降低，伸長率升高，并使板條馬氏體發(fā)生分解，大量的C原子脫溶形成滲碳體，馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鐵素體和滲碳體，鋼的抗拉強(qiáng)度降低，而沖擊韌性明顯改善。
[0012]其中，淬火加熱是在?；癄t中進(jìn)行，水冷過程中完成；回火加熱是在回火