宽厚板热处理工艺.docx
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宽厚板热处理工艺
宽厚板热处理工艺
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主要合金元素对钢热处理的影响
C作为钢中重要的元素之一，其含量直接影响钢的硬度、韧性、强度、淬硬性和焊接性能。
含碳量高，硬度高，但韧性差，热处理开裂倾向大，焊接性较差；含碳量过低，硬度低，淬硬性、耐磨性差。
Si在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。
Si提高钢中固溶体的强度；但Si含量过高，钢的过热敏感性大。
Mn是扩大奥氏体相区的元素，随其含量的增加，不但降低共析温度，还降低共析点的含碳量。
因此，在相同含碳量及冷却速度下，随着钢中含Mn量的增加，显微组织中的珠光体不但细化，而且数量亦增多．从而导致钢的强度和硬度升高，能显著提高钢的淬透性。
Mn的不利一面是增大钢的过热敏感性，晶粒易粗大；另外，还增大回火脆性。
Cr含量对材料的强度、塑性和低温冲击韧性均有较大影响，这是由于Cr能固溶于铁素体和奥氏体中，与钢中的C形成多种碳化物。
Cr固溶于奥氏体时，可提高钢的淬透性。
当Cr与C形成
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宽厚板热处理工艺简介
热处理是通过不同的加热制度、保温时间、及冷却速度，使钢的成分与组织发生扩散、再结晶的变化，也可促进或阻止其组织与成分的转变、析出，以期达到所要求的组织和性能。
钢板热处理的目的是提高钢板强度、改善韧性与焊接性、清除内应力、防止白点、降低脆性与表面硬度。
热轧性能不稳时，热处理还可调整其性能，挽救性能不合格所造成的损失。
热处理不当会造成钢板下表面划伤，冷却不匀会引起钢板变形及淬火钢板的不平直。
另外，还会增加能耗、提高成本费用等。
中厚钢板热处理的主要方式有正火（常化）、调质（淬火+高温回火）、正火+控冷、正火+回火、回火、退火、直接淬火（DQ）、直接淬火+回火等。
其中，处理量最大的是正火板，包括正火+回火，大约占所有热处理产品的70％左右；其次是调质板，占15％左右；其它如回火等占15％。
正火（Normalizing）也叫常化或正常化，是将钢材或钢件加热到Ac3（或Accm）以上适当温度，保温适当时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
其目的在于使上一道工序中产生的非正常组织（如铁素体晶粒粗大、魏氏组织、带状组织、非铁素体+珠光体组织产物等亚共析钢组织缺陷）通过重结晶、均匀化组织予以改善（对低碳钢为细小等轴铁素体+均匀分布的块状珠光体组织），从而改善其力学性能和工艺性能。
正火可以作为预备热处理，也可以作为最终热处理。
对机加工零件的结构钢来说，正火多半作为预备热处理，为随后的切削加工和最终热处理做组织准备；对低碳低合金钢板来说，正火都是作为最终热处理，使钢板具有所要求的组织，从而使其具有所要求的力学性能和工艺性能。
钢板正火处理后晶粒细、碳化物分布均匀，力学性能良好。
正火工艺可使目前普遍应用的以Nb、V、Ti等强碳氮化物形成元素的低（微）合金高强度钢板的延伸、低温冲击韧性和冷弯性能大幅改善。
但值得注意的是，正火在提高热轧低碳低合金钢板的工艺性能的同时，往往降低钢的强度，屈服强度和抗拉强度一般降低20～50MPa，对于控轧控冷钢板严重的可降低80～120MPa。
因此，为保证钢板的交货性能，在正火钢板成分设计时，应不同于一般控轧控冷钢板，可适当增加C、Mn等固溶强化元素以提高强度（注意碳当量指标不要过但这两项指标高），虽然热轧后钢板的延伸率或冲击功有所降低，在正火处理后会有大幅提高。
调质（淬火+高温回火）
淬火（Quenching）是把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法。
目的：
提高强度、硬度、耐磨性。
淬火后的钢随着温度的升高，其内部组织结构会发生马氏体的分解、残余奥氏体的转变、碳化物的转变、α相状态的变化及碳化物的聚集长大等一系列过程，称为回火（Tempering）。
回火按温度分为低温回火、中温回火和高温回火，分别得到回火马氏体、回火托氏体和回火索氏体组织。
目的：
减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合。
调质即淬火+高温回火，近年来，超级钢、超低碳贝氏体钢等生产技术蓬勃发展，许多传统调质处理生产的屈服强度450MPa以上的钢板利用超细晶等技术已经可以生产，但对于压力容器、石油储罐、桥梁、军工等重要结构钢板，很多标准和用户还是要求钢板以调质状态交货。
正火+控冷（+回火）
常化炉除处理“双高”产品外，另一大作用是挽救很多热轧后延伸或冲击不合产品，减少改判率。
但随之而来的一个问题是一些延伸、冲击不合需挽救的产品本身强度富裕量小，容易导致处理后强度反而不合。
这除了在正火温度、时间上可以做一些调整外，还可以应用正火+控冷（+回火）工艺。
为防止很多钢板正火后强度大幅降低，目前国内武钢、舞钢、重钢、太钢等都开发了正火+控制冷却的工艺，利用炉后淬火机或简易水冷设施等进行正火后弱水冷（水雾等）的工艺，可较好地弥补钢板的强度损失，依据太钢经验，钢板强度可提高10MPa。
对于控制冷却后钢板性能波动较大的钢种或ASTM（美国材料与试验协会）中规定正火后加速冷却必须回火的钢种还可应用正火+控冷+回火工艺。
正火+回火
在锅炉压力容器钢板处理中采用较多，尤其是Cr-Mo钢多采用正火+高温回火。
淬火+低温回火
对于耐磨钢等要求表面硬度较高的钢种多采用淬火+低温回火。
在线直接淬火（DQ）+回火
该技术是20世纪90年代以来发展的新技术。
利用轧后的直接淬火设施（30mm以下较容易）实施钢板在线直接淬火，然后进行离线的回火处理，可大大节约热处理成本。
目前在生产高强度低碳贝氏体钢、油罐钢等钢种时采用较多。
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Q550D回火工艺研究
Q550D采用Cr－Mo－V－Nb－Ti合金体系。
图4-1是TMCP工艺后钢板金相组织。
图3-1Q550D轧态组织
由组织可看出，钢板组织为贝氏体和少量铁素体，晶粒尺寸细小，由于冷速快，依稀可见原始奥氏体晶界。
为了研究回火温度对力match学性能的影响，对轧态钢板取样，分别进行450℃、500℃、550℃、600match℃、650℃、match700℃、800℃、850℃，保温30min回火试验，对回火后钢板进行力学性能和冲击性能检验，在光学显微镜下观察金相组织。
图4-2、图4-3分别为回火温度对力学性能和冲击性能的影响。
图3-2回火温度对力学性能的影响
从图4-2可以看出，随着回火温度的升高，屈服强度整体呈现出先上升再下降的过程：
其中，550℃之前缓慢上升，550℃到650℃之间显著上升，650℃以后逐渐下降，在650℃时屈服强度达到610MPa。
主要是因为在回火过程中，会有各种碳化物的析出，，550℃之前碳化物析出缓慢，超过600℃后，碳化物析出加快，加上轧制过程中的大量形变位错被保留下来，由于位错密度高，碳化物形核率高，导致析出的碳化物细小，屈服强度显著提高。
超过700℃后，已经开始组织转变，强度自然迅速下降。
抗拉强度整体呈现下降的趋势，但下降缓慢，回火温度每升高50℃，抗拉强度只下降5-10Mpa，抗回火性能良好，这是TMCP＋T工艺的一个显著特点。
延伸率在500℃后呈现出逐步上升的趋势，650℃时达到17％。
图3-3回火温度对冲击功的影响
由图4-3可看出，随着温度的升高，冲击功呈现升高下降再升高的趋势，在650℃时达到258J，远远大于标准规定的47J。
图4-4为不同回火温度后钢板金相组织。
（a）550℃+30min
（b）650℃+30min
（c）850℃+30min
图3-4不同回火温度后钢板金相组织
综上所述，Q550D钢板在650℃左右回火，保温30min可达到强度、塑性和韧性的良好匹配，完全满足标准和用户要求。
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