热处理工艺对Q550热轧钢板组织与力学性能的影响

热处理工艺对Q550热轧钢板组织与力学性能的影响
刘明朗;黄仲佳;廖斌;何芝仙
【摘要】研究火焰热处理工艺对Q550热轧钢板屈服强度的影响,分析热处理工艺与钢板组织的相互关系.结果表明:热处理工艺和冷却方式对Q550钢板的力学性能具有很大的影响,火焰热处理工艺为800℃和空气中冷却,钢板的屈服强度得到较大幅度的提高,热处理钢板具有细小、分布均匀的显微组织.
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2011(032)004
【总页数】4页(P36-39)
【关键词】学性能;火焰热处理;屈服强度
【作者】刘明朗;黄仲佳;廖斌;何芝仙
【作者单位】安徽工程大学安徽高性能有色金属材料省级实验室,安徽芜湖241000;安徽工程大学安徽高性能有色金属材料省级实验室,安徽芜湖241000;安徽工程大学安徽高性能有色金属材料省级实验室,安徽芜湖241000;安徽工程大学安徽高性能有色金属材料省级实验室,安徽芜湖241000
【正文语种】中文
【中图分类】TG156
Q550低合金高强钢作为一种重要的焊接材料，在实际生产中得到了广泛的应用。

Q550钢的强化方法，除了固溶强化，更主要的是靠细晶强化、弥散强化(析出强
化)。

热处理是钢材强化的主要手段之一，热处理工艺影响钢材组织性能［1～3］，前者的组织类型为F+P，后者是贝氏体为主的组织。

大工件轧钢的热处理需要大型的热处理炉，增加生产成本，并且热处理炉的内部温度不均匀，特别是大型热处理炉尤为严重，影响轧钢热处理件的整体性能，氧-乙
炔火焰热处理工艺，具有设备简单，生产成本低的优点。

Q550轧钢板屈服强度只有550 MPa，屈服强度达不到工程汽车载重板的应用要求。

本文采用氧-乙炔火焰热处理工艺对Q550D轧钢板进行热处理，旨在提高
Q550轧钢的屈服强度，以达到工程车载重板的性能要求，并分析了热处理工艺对轧钢组织性能的变化和力学性能的影响。

1 实验材料和方法
1．1 实验材料
试验用钢板为Q550，制造工艺为TMCP，组织主要为铁素体和珠光体。

主要化学成分(质量分数%)为 0．1 C，1．61 Mn，0．14 Si，0．009 P，0．004 S，0．11 Mo，屈服强度σ0．2为550 MPa 抗拉强度σb，710 MPa。

板材尺
寸:3000 mm×4500 mm×5．09 mm。

1．2 实验方法
采用氧-乙炔火焰烘烤热处理方法，试样分为六组，分别打标号，热处理温度和冷
却方式见表1。

表1 热处理温度和冷却方式Table 1 Heat treatment temperature and cooling method01 02 03 04 05 06加热温度编号/℃ 600 800 1000 600 800 1000冷却状态空冷空冷空冷红色消退后，水冷红色消退后，水冷红色
消退后，水冷
采用光学显微镜观察热处理温度和冷却方式对Q550钢板组织的影响。

试样在室
温用WE-300型液压万能试验机进行拉伸实验，测定屈服和抗拉强度。

并记录负
载伸长曲线，对无明显屈服点的试样，根据曲线放大计算出σ0．2。

图1 轧态显微组织Fig．1 Microstructure of rolling state
2 结果和讨论
图1为Q550D原始热轧钢板材轧制态的显微组织，可以看出，轧制态组织均为铁素体和珠光体(黑色)组成，铁素体数量较多，形状为板条状，大小差别较大，分布不均匀。

温度为600℃，冷却方式为空冷和水冷。

热处理后，组织变化不大，与
轧制态组织相类似，见图2和图3。

但热处理温度为800℃，空冷态组织明显细化，铁素体和珠光体相间出现，分布较均匀，铁素体形态为椭圆形，见图4。

水冷的组织虽然已经不是板条状，却明显粗大，形成岛状组织，分布也不均匀，见图5。

热处理温度为1000℃，空气中冷却，组织长大，铁素体形成块状，铁素体和珠光体趋向于集中，分布极度不均匀，见图6。

水冷的组织明显细化，变成细小的珠光体和少量马氏体混合体，分布很均匀，见图7。

空冷方式:600℃时组织变化不大，相分布不均匀;800℃时，晶粒细化，相分布较均匀;1000℃时长大成粗大晶粒，相分布有集中的趋势，空气冷却的轧钢组织随温度从600℃到1000℃的变化过程中先是细化再增大。

水冷却方式:600℃组织粗大化，但总体变化不大;800℃时相组织集中，分布极度不均匀;1000℃时组织明显细化，形成细小的球状组织，相分布比较均匀，同时出现少量马氏体组织。

图8、图9和表2为02和05号试样力学性能检测结果，由拉伸曲线和表2可知，02号试样的屈服强度比05号试样高170 MPa。

02号试样也比未热处理的Q550轧钢的屈服强度高。

表2 力学性能检测结果Table 2 Results of mechanical properties test试样编
号试板尺寸(宽度×厚度)/mm×mm备注检验结果屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 钢材品种02 18．18 ×5．09 670 705 Q550D 05 18．22 ×5．09 500 745 Q550D
珠光体的细化和分布均匀化是800℃及空气中冷却热处理工艺条件下，轧钢力学
性能提高的主要原因。

综合考虑工程车车身的力学性能要求和显微组织对材料力学性能的影响机制，选用800℃和空气中冷却的热处理工艺。

一般来说珠光体含量高的钢屈服强度、抗拉强度高，延伸率、冲击吸收功低，影响上述性能指标的还有晶粒尺寸、第二相尺寸、位错密度、珠光体片层间距等。

随珠光体含量增加，强度会提高。

珠光体性能是介于铁素体和渗碳体之间的，珠光体能提高强度，但同时也会相应地降低塑性。

马氏体的出现，会提高轧钢的强度及硬度，但是延伸率、冲击吸收功低。

正是由于各种热处理温度和冷却方式的不同，导致轧钢相组织、相大小和分布的区别。

可能正是由于它们之间的差异，导致了力学性能的较大差别。

3 结论
(1)热处理工艺和冷却方式对Q550钢板的力学性能具有很大的影响，火焰热处理
工艺为800℃和空气中冷却，得到组织细化、分布均匀的显微结构。

(2)热处理加
热温度800℃，冷却方式为空冷时，轧钢的屈服强度为670 MPa，抗拉强度为705 MPa，能满足工程汽车车身加强筋的性能要求。

而温度为800℃，红色消退
后水冷的热处理工艺，得到的轧钢屈服强调为500 MPa，抗拉强度升高到745 MPa，无法满足要求。

参考文献
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