[发明专利]一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢板生产技术领域，特别涉及一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法。

背景技术

高强钢可广泛应用于矿山机械、煤炭采运、农业机械、建筑机械、铁路运输等行业，随着各类工程机械朝大型化、轻量化、高参数方向的发展，高强度高等级钢板的市场需求量逐渐增加。近年来国内钢铁企业生产的80kg及以下级别的(以贝氏体或索氏体为基体)高强钢质量性能有了较大的进步，基本上可以满足市场需求。但是对于100kg及以上级别，以马氏体为基体的超高强度钢板，只有极少数企业可以生产，但质量性能与国外产品相比有很大的差距，不能满足市场需求，大部分仍然依赖进口。

制约马氏体高强钢生产和性能的一个主要原因是随着强度的升高，韧性变差，尤其是对于1000MPa以上级别的马氏体高强钢，其韧性水平则更低。例如，专利CN1840723A，其屈服强度达到1100MPa级，但其-20℃冲击功在50J以下，-40℃冲击功则更低；专利CN102181788A，其屈服强度为1100-1200MPa，但其产品为卷板，-40℃冲击功也较低，且热处理淬火保温时间为20～90min，时间较长，能源消耗大。

如能在目前马氏体高强钢的基础上，通过适当的工艺，在不降低其强度塑性的基础上，将其韧性质量级别从D级(-20℃)提升到E级(-40℃)乃至F级(-60℃)，则能大幅度提高高强钢的使用范围，其优势将更加明显。

发明内容

本发明的目的在于提出一种降低马氏体高强钢韧脆转变温度的方法，采用零保温淬火工艺，可制得屈服强度＞1100MPa、抗拉强度＞1300MPa、延伸率＞12％、布氏硬度＞400HB的E级和F级高强钢板，与采用常规时间保温淬火工艺所制得的钢板相比，此工艺制得的钢板，其强度、冲击韧性、硬度均有一定幅度提高，尤其是韧脆转变温度降低20℃以上。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明采用的板坯化学成分(重量百分比)：C：0.14～0.15％、Si：0.20～0.25％、Mn：1.0～1.1％、P≤0.02％、S≤0.005％、Cr：0.30～0.80％、Ni：0.30～0.80％、Mo：0.30～0.35％、Nb：0.035～0.040％、Ti：0.011～0.015％、B：0.0010～0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的生产工艺如下：

1)对上述板坯加热，加热温度为1180～1220℃，保温时间1.5～2.5h；

2)控制轧制、冷却，粗轧开轧温度≤1050℃，粗轧终轧温度≥990℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度860～900℃，精轧终轧温度为800～860℃，道次变形率为10～30％；控制轧制过程中，总压缩比≥7，终轧后空冷至室温；

3)热处理工艺：淬火加热温度为900～950℃，淬火保温时间为0min；回火温度为200～300℃，保温1～2h，回火后空冷。

上述生产工艺在本发明中的作用是：

步骤1)中，如板坯加热温度过低，则Nb的碳、氮化物不能完全溶解；如加热温度过高，则奥氏体晶粒长大，且板坯氧化加剧，故加热温度为1180～1220℃。如加热时间过短，则奥氏体化不均匀；时间过长，板坯氧化严重，且耗费能源，故保温时间为1.5～2.5h。

步骤2)中，控制轧制采用两阶段控轧，粗轧在再结晶温度Tnr以上进行，其目的是使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；精轧控制在Tnr与Ar3之间，其目的是得到扁平的带有变形带的晶粒，为后续热处理提供良好的前驱组织。

步骤3)中，热处理工艺采用零保温淬火+回火的工艺，淬火温度取Ac3+50～100℃，保温时间为零。由于加热时间短，使得奥氏体来不及长大，晶粒较小，且不能完全均匀化。奥氏体晶粒微区中碳及其他合金元素的分布不均匀，不同碳浓度微区的Ms点不同。低碳微区Ms点较高，淬火冷却过程中首先形成马氏体；高碳微区Ms点较低，后生成马氏体。马氏体转变具有非等温特性。由于形成温度不同，马氏体片不能穿越不同的碳浓度区而长大，因此马氏体被得到了细化。这种细化可使马氏体高强钢的性能得到一定幅度提升。回火温度取200～300℃，保温1～2h，目的是使马氏体分解，析出碳化物，同时消除淬火内应力。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，至少具有以下优点和积极效果：

1、本发明采用零保温淬火工艺。在钢板热处理过程中，钢板到温后，无需保温，直接淬火。因此热处理周期短，钢板氧化程度低，能耗低，生产效率高。