[发明专利]一种低合金高强钢制品的节约型免回火强韧化工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢加工技术领域，涉及一种低合金高强钢制品的制造方法，特别是一种针对低合金高强钢热轧板材、管材、钢轨、棒材或铸件的节约型强韧化热加工工艺方法。

背景技术

高强韧性热轧板材、管材、钢轨、棒材等低合金钢制品在工程机械、车辆制造、石油、浆体管道以及桥梁工程中有广泛的用途。为获得理想的强度和韧性，一般采用合理的合金化和相应的热处理工艺，其中淬火-回火是一种常见的针对钢铁材料强韧化的热处理工艺，该工艺是指将工件加热到奥氏体单相区保温一段时间后，淬火至室温，然后升高到某一合适的温度进行回火处理，一般会得到回火马氏体+残余奥氏体或马氏体+碳化物的组织，或者马氏体-贝氏体复相组织基础上分布一定量碳化物的组织，使工件具有较好的强度和一定的韧性。热轧板材及管材则采用热轧和控轧控冷的方法来获得相应的微观组织，一般适用于珠光体类型组织或针状贝氏体组织，这种方法只能制造强度约1000MPa的钢制品。更高的强度则需要淬火和回火工艺，这样增加了工序和生产成本。2006年 Speer J.G提出了一种淬火-碳分配新工艺，即Q-P工艺。（Materials Science and Engineering 2006, A 438-440:25-34），利用碳在马氏体和残余奥氏体组织之间的再分配而控制残余奥氏体含量来提高强度和塑性，但该技术要求钢中不含碳化物形成元素来抑制碳化物的析出。2007年，徐祖耀（《热处理》，2007，22(1):1-11) 提出针对含碳化物形成元素Mo、Nb钢的强韧化工艺，即“淬火- 分配-回火工艺”（以下简称Q-P-T）工艺。该技术通过淬火+分配-回火两个步骤可获得具有良好强塑性配合的马氏体-残余奥氏体-碳化物复相组织。该工艺将工件加热到奥氏体区保温一段时间后，淬冷至马氏体开始温度（Ms）和结束温度（Mf）之间的某个温度, 保温很短的间后，再升温到约400℃进行短时间保温，实现碳扩散到奥氏体中得到更多的室温稳定的富碳残余奥氏体，同时碳化物从马氏体中析出产生析出强化以提高工件的强塑积（MPa％）。但是在Q-P-T工艺中，由于分配-回火时间很短（以秒计），淬火过程中的内应力并未充分释放，冲击韧性很低；另一方面，从规模化生产的角度，当工件尺寸较大时，这种短暂的淬火+分配工艺不能使工件内外温度均匀，结果造成相变的不一致性，由淬火温度立即回升到分配-回火温度、以及极短的分配-回火时间在大生产中都较难实现。这些缺点制约了Q-P-T工艺在大生产中的应用。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种高强度低合金钢制品强韧化的节约型热加工工艺方法。采用特殊成分设计的低合金高强钢，可达到通过工艺控制调控微观组织和力学性能、不需要重新加热回火、所述方法将工件抗张强度减少10%以上，实现材料强韧性显著提高并充分消除工件内应力的效果。本发明工艺程序简单，易于规模化操作，可配合板材、管材、钢轨、棒材的控轧控冷技术使用，适宜于大尺寸构件的工业化生产。该工艺省去了冷却后需要单独回火的步骤，有效节约了工艺成本。经过本发明工艺处理的钢材具有理想的强韧性，特别是冲击韧性。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种低合金高强钢制品的节约型免回火强韧化工艺方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：钢材冶炼及成型

采用常规工艺冶炼、精炼，然后连铸或模铸成钢坯或钢锭、或锻造成钢坯，再根据需要热轧成板材、管材、钢轨、棒材或熔炼后浇注成铸件；所用钢材为C-Mn系低合金高强钢；其中主要元素重量百分比为：C: 0.1-0.7wt.%，Mn: 1.6-6.5wt.%；

在此基础上，可添加以下几种合金元素： Cr: 0.01-1.5wt.% ， Si: 0.01-2.0wt.%，Mo: 0.01-1.2wt.%，Cu：0、01-1.0wt.%，A1: 0、01-2.0wt.%，Ni：0.01-1.8wt.%，B:0-0.05wt.%，V: 0-0.2wt.%，Nb：0-0.2wt.%，Ti: 0-0.2wt.%，N: 0-0.2wt.% 等其余为Fe；根据产品性能要求和生产工艺可以选择去掉一种或几种合金元素；

步骤二：高温加热和保温

根据步骤一中得到的钢材种类，高温加热保温工艺可采用以下方式中的一种：

（1）由铸坯在线轧制制备板材、管材或棒材：将上述铸坯加热到完全奥氏体化后，进行控制轧制，控制相应的变形量和终轧温度，再进行冷却；

（2）铸件或已经过离线轧制成型的制品：将制品加热到完全奥氏体化； 

步骤三：冷却及等温处理工艺