再熱淬火回轉(zhuǎn)工藝對(duì)750mpa級(jí)船用鋼組織和性能的影響

再熱淬火回轉(zhuǎn)工藝對(duì)750mpa級(jí)船用鋼組織和性能的影響

減少生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝是所有鋼鋼集團(tuán)的一致追求。部分鋼鐵企業(yè)取消了軋板和棒材的熱處理環(huán)節(jié),并安裝了在線水冷區(qū)域,從而使產(chǎn)品熱形變后能夠在線進(jìn)行淬火處理,這可以直接省略再加熱過程,降低生產(chǎn)成本,這其實(shí)就是一種直接淬火工藝(DQ)的應(yīng)用直接淬火對(duì)材料的組織影響強(qiáng)烈依賴其加工變形,如變形及冷卻條件等本文采用780MPa級(jí)1Ni-0.5Cr-0.5Mo-0.05V-B鋼研究比較直接淬火工藝和再加熱淬火工藝對(duì)材料組織和性能的影響,以及冷卻速度和終軋溫度對(duì)直接淬火回火工藝(DQ-T)鋼的影響。1鋼錠冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)材料為市場(chǎng)購買的一種780MPa級(jí)建筑用鋼,其主要化學(xué)成分如表1所示。該鋼硫和磷含量分別低至5×10試樣經(jīng)兩種工藝軋制,其中RQ-T工藝為:鋼錠以20%的減量在各軋制道次上軋制為13mm,然后在930℃重新奧氏體化60min,以40℃/s的速率淬火至室溫,最后在650℃回火60min。DQ-T工藝為:將180mm的厚板首先軋制為60mm的厚板,然后重新加熱鋼板至1150℃,經(jīng)6道軋制至13mm,軋鋼板在終軋溫度(簡(jiǎn)稱FRT,950℃)保溫20s,然后直接淬火至室溫,冷卻速率為5~40℃/s,最后試樣在650℃回火60min。2結(jié)果與討論2.1材料的增強(qiáng)硬度試樣經(jīng)不同工藝處理后的強(qiáng)度、塑性及沖擊功見圖1。如圖1(a)所示,DQ試樣的抗拉強(qiáng)度為1210MPa,比RQ試樣的1125MPa高。經(jīng)過650℃回火1h后,DQ-T試樣的抗拉強(qiáng)度下降至838MPa,但仍高于RQ-T試樣的775MPa。DQ工藝可以更大程度增強(qiáng)材料的淬硬性,相比RQ工藝在熱軋條件下使奧氏體發(fā)生再結(jié)晶,DQ工藝中均勻彌散于奧氏體中的合金元素和粗大的奧氏體晶粒都可以有效的增強(qiáng)淬硬性。圖1(b)為兩種工藝對(duì)材料韌性的影響。經(jīng)RQ-T處理后,試樣的最大能量和韌脆轉(zhuǎn)變溫度分別為215J和-80℃,而DQ-T試樣則為165J和-70℃,相比而言,RQ-T更能保證材料的韌性。DQ工藝可有效提高鋼的淬透性,導(dǎo)致得到的強(qiáng)度比普通RQ工藝更高。然而,為了保證材料的低溫韌性,應(yīng)該在DQ工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化。圖2為試樣經(jīng)RQ和DQ工藝后的金相組織。試樣的淬火冷速均為40℃/s,DQ試樣終軋溫度為950℃,RQ鋼由于經(jīng)930℃加熱后出現(xiàn)完全再結(jié)晶而呈等軸晶形態(tài),而DQ工藝處理后材料金相組織中的奧氏體晶粒沿軋制方向具有明顯的變形伸長(zhǎng)。2.2冷卻速率對(duì)試驗(yàn)材為了研究不同冷卻速度對(duì)DQ-T試樣的組織和強(qiáng)韌性的影響,本文取終軋溫度為950℃,淬火冷卻速度5~40℃/s的試樣進(jìn)行分析。圖3(a)為冷卻速度對(duì)各試樣的強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率的影響,在5~30℃/s范圍內(nèi),材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨著冷卻速率的增加而增大,當(dāng)冷卻速率達(dá)30℃/s后,材料的強(qiáng)度下降。圖3(b)為冷速對(duì)試樣沖擊功的影響。在5~40℃/s,試樣的沖擊功隨著冷速的變化發(fā)生顯著改變。5℃/s淬火的試樣的最大能量和韌脆轉(zhuǎn)變溫度分別是189J和-100℃,而40℃/s的試樣分別是164J和-50℃,這說明低于10℃/s的淬火試樣回火后擁有更高的最大能量和更低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度,表明DQ-T試樣的沖擊韌性隨冷卻速率的增加而降低。不同冷速下試樣的顯微組織如圖4所示。所有試樣均表現(xiàn)出嚴(yán)重變形的奧氏體晶粒結(jié)構(gòu),并且沿軋制方向晶粒被拉長(zhǎng)。40℃/s的冷速淬火的試樣表現(xiàn)出典型的板條狀馬氏體結(jié)構(gòu),而淬火時(shí)冷速在5~10℃/s的試樣組織以貝氏體結(jié)構(gòu)為主。在一定范圍內(nèi),冷速的增加導(dǎo)致DQ-T試樣的組織從貝氏體變?yōu)榘鍡l狀馬氏體,大幅度降低材料的沖擊韌性。2.3終軋溫度對(duì)試驗(yàn)材料力學(xué)性能的影響終軋溫度對(duì)DQ-T試樣的力學(xué)性能影響見圖5。如圖5(a)所示,隨著終軋溫度從750℃升高到800℃,抗拉強(qiáng)度從818MPa升至848MPa,但終軋溫度由800℃上升至950℃,試樣的抗拉強(qiáng)度降低。試樣經(jīng)950℃終軋后抗拉強(qiáng)度僅758MPa,低于760MPa的要求。圖5(b)為終軋溫度對(duì)DQ-T試樣沖擊功的影響。綜合材料的強(qiáng)度和韌性結(jié)果,終軋溫度是決定DQ試樣強(qiáng)韌性的關(guān)鍵參數(shù)。使用現(xiàn)有的合金成分和大于20℃/s的冷速,在非再結(jié)晶區(qū)采用精確軋制有可能獲得有效的強(qiáng)韌性。因此,試樣以大于20℃/s的冷速淬火,似乎更適合在DQ工藝中應(yīng)用,并且得到優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性匹配。為了分析終軋溫度對(duì)DQ試樣的力學(xué)性能的影響,研究了奧氏體晶粒結(jié)構(gòu)。對(duì)于以30℃/s冷速淬火而終軋溫度不同的試樣,由此產(chǎn)生的奧氏體晶粒結(jié)構(gòu)擁有相似的拉長(zhǎng)的晶粒和疊加形態(tài)(圖6)。隨著終軋溫度從950℃降到750℃,材料組織的變形量明顯加大,奧氏體晶粒的平均尺寸大大減小。圖7是950℃和750℃終軋?jiān)嚇釉谕干潆婄R下的明場(chǎng)像。當(dāng)終軋溫度為950℃時(shí),試樣組織主要為平行板條狀的粗大奧氏體包。在這種情況下,板條的長(zhǎng)度和晶粒尺寸大約是一致的。當(dāng)終軋溫度為750℃時(shí),材料組織中存在很多細(xì)小的馬氏體和貝氏體。3dq工藝參數(shù)優(yōu)化(1)DQ工藝中均勻彌散于奧氏體中的合金元素和粗大的奧氏體晶粒都可以有效增強(qiáng)淬硬性。但為了保證低溫韌性,需對(duì)DQ工藝進(jìn)行參數(shù)