热处理工艺对960MPa级调质钢板强韧性的影响

Ｔｅ ｍ ｐｅ ｒ ｅ ｄ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｐｌ ａ ｔ ｅ
Ｓ ａ ｎｇ Ｄｅ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｐｅ ｎ ｇ
（ Ｗｕ ｙ ａ ｎ ｇ Ｉ ｒ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｂ ｙ ｍ ｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｇ ａ ｕ ｇ ｅ ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｅ ｉ ｒ ｅ ｓ
表２ ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ钢 的化学成分设计 ｗ ｔ ／ ％
１ ． ３ ． １ 碳
，
元素 ， 与碳 、 氮结合生成碳化物、 氮化物及碳氮化 合物。由于具有在高温时溶解、 低温时析 出的特 性， 这些化合物在钢坯加热时阻碍原始奥 氏体晶
粒长大 ， 在 轧制 过 程 中抑 制再 结 晶及再 结 晶后 的 晶粒 长大 ， 在低 温 时起 到析 出强化 作用 。
初炼一 Ｌ Ｆ精 炼一 真空 处 理一 连铸 一 铸 坯 检
舞钢作为国内首家宽厚板 生产科研基地 ， 拥 有两条调质线 ， 主体设备均从德国 Ｌ Ｏ Ｉ 公 司引进 ， 可生产屈服强度为 ５ ５ ０～ ９ ６ ０ Ｍ Ｐ ａ 级别 的调 质高
强钢 ， 其 中 ＷＱ ９ ６ ０ 、 ＷＮ Ｍ４ ０ ０等 系列 高 强 度 调 质
的低 温韧 性 就 越 好 。 因此 锰 含 量 控 制 在 １ ． ０ ０ ％
一
样尺寸为 １ ２ ｍ ｍ ｘ ３ ０ ０ ａ ｒ ｍ （ 垂直轧制方向） × ４ ０ ０
ｍｍ（ 轧制 方 向 ） 。试样 的实 验 室淬 火 加热 温 度 分
１ ． ８ ０ ％左 右 。
别选择 ８ ６ ０ 、 ８ ８ ０ 、 ９ ０ ０ 、 ９ １ ０ 、 ９ ２ ０℃ ， 保温 ３ ０ ｍ ｉ ｎ 后， 放入水槽进行淬火 。淬火处理后 全部进行 回
ｔ ｅ ｍｐ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｉ ｒ ｅ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｉｎ ｒ ｇ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｌ ｅ ｏ ｆ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｉ ｎ ｇ ｎｄ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ
墨
差
寻
譬
淬火温度， ℃ （ ａ ） 淬火温度与强度的关 系
淬火 温度， ℃
（ ｂ ） 淬火温度与延伸率、 冲击功的关系
图 ２ 淬火 温度与强度 、 延 伸率和 一 ４ ｏ℃横 向冲击功的关系
１ ． ３ ． ３ 磷 和硫
在 一般情 况 下 ， 磷 和硫 都是 钢 中的有 害元 素 ，
会增加钢的脆性。磷可降低焊接性能和塑性 ， 使
冷弯 性 能变差 ； 硫 可显 著降 低钢 的延展 性 和韧 性 ， 在锻 造 和轧 制 时 引起 裂 纹 。因此 ， 应 尽 量 减 少 磷
和硫在钢 中的含量 ， 即Ｐ ≤ ０ ． ０ １ ２ ％， Ｓ ≤Ｏ ． ０ ０ ５ ％。
第１ ９卷第 ３期
・
宽厚 板
ＷＩ ＤＥ ＡＮＤ ＨＥ ＡＶＹ ＰＬ Ａ Ｔ Ｅ
Ｖ０ １ ． １ ９， Ｎｏ ． ３
６。 ２ ０ １ ３年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０ ｌ ３
热处 理 工艺 对 ９ ６ ０ ＭＰ ａ级调 质钢 板 强韧 性 的影 响
桑德 广 张 朋
０ 前言
钢 板具有 强度 高 、 可焊性 好 和 一 ４ ０ ｑ Ｃ 纵 向 冲击 功
近 几 年来 ， 国 内大 多 数 中厚 板 企业 均 可生 产
屈服强 度 为 ５ ５ ０— ６ ９ ０ ＭＰ ａ级别 的调质 钢 ， 少 数企 业还可 生产 屈服 强 度 为 ８ ９ ０～ ９ ６ ０ Ｍ Ｐ ａ甚 至更 高
ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ９ ６ ０ ＭＰ ａ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ Ｈｅ ａ ｔ ｔ ｅａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ， ９ ６ ０ ＭＰ ａ ， Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ
细化 铁 素体 晶粒 ， 提高 钢 的强度 和韧 性 ， 在钢 的基 体 中起 到 固溶 强 化 的作 用 ， 还 可 以消 除硫 对 钢 材
２ ． １ 系列高温淬火试验
从 １ ２ ｍｍ厚 热轧状 态 钢板 取 样进 行 试 验 ， 试
的影响。有研究表 明， 钢中 Ｍ ｎ ／ Ｃ的比值越大 ， 钢
４ Ｏ Ｏ ａ ｒ ｍ（ 轧 制方 向 ） 。试 样 的实 验 室 淬 火加 热 温
微合金化是指 向钢 中添加 Ｎ ｂ 、 Ｖ 、 Ｔ ｉ 等合金
・
８・
宽厚板
第ｌ ９ 卷
墨
翟
Hale Waihona Puke 颦 蔫 淬火温度， （ 丑 ） 淬火温度 与强度的关系 淬火温度， ℃ ） 淬火温度与延伸率 、 冲击功的关系
ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｕ ｍ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｄ ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｕ ｍ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｎｄ ａ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｇ ｏ ｏ ｄ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｎｄ ａ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ，
热处 理 后检 验 试 样 的 力学 性 能 ， 结果如 图 ２
向冲击功基本 维持在 ３ ０ Ｊ以上， 延 伸率维持在 １ ０ ％左右 ， 无法满足技术要求 ； 当淬火温度低于 ８ ４ ０℃时 ， 屈服强度 已经低于 ９ ６ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 仍然无法 满足技术要求。
所示。可以看 出， 在不同淬火温度下 ， 一 ４ ０℃横
火 处理 ， 回火温 度均 按 ５ ６ ０ ｏ Ｃ， 保温 ６ ０ ｍｉ ｎ 。 热 处理 后检 验试 样 的屈服 强度 、 抗拉 强度 、 延 伸率 、 一 ４ ０℃ 横 向 冲击 韧 性 等 力学 性 能 ， 结 果 如 图１ 所示 。 由 图中 可 见 ， 抗 拉 强 度 基 本 维 持 在 １ ０ ４ ０ ＭＰ ａ 左右 ， 屈 服强 度 也在 ９ ６ ０ ＭＰ ａ以上 ， 延
加微 合 金元 素 的思路 。 １ ． ３ 化 学成 分设 计 舞 钢 为 ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ钢 设 计 的 化 学 成 分 如 表 ２
所示 。
良好低温韧性的考虑， 舞 钢在进行 ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ钢板 的成分设计时 ， 采取 了低碳高合金成分 以及添
表１ ＷＱ９ ６ ０ Ｅ钢板的力学性能要 求
较大的特点 ， 但一 ４ ０℃横 向冲击功仍存在波动情
况， 与 国外先 进企业 的同级别产 品 相 比存在 差距 。
因此 ， ９ ６ ０ ＭＰ ａ 级 调 质 钢 的强 韧性 机 理 和 热处 理
级别的超高强度调质钢。具有代表性 的牌号包括
鞍钢 的 ＨＱ １ ０ ８ ０ 、 宝钢 的 Ｓ Ｈ Ｔ ９ ０ ０ 、 武 钢 的 ＨＱ １ ０ ０ 、 太钢 的 Ｔ Ｇ ９ ６ ０ Ｃ Ｆ Ｄ 以 及 舞 钢 的 ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ … 和
２ 热 处理 试验 研 究及分 析
为 了使 ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ钢板在具 有较高强 度 的同 时具 备较好 的低 温 冲击 韧性 ， 在化 学成分 设计 中必 须降低钢 中碳含 量 ， 将其控 制在 ０ ． ０ ８ ％～
０ ． １ ４ ％左 右 为宜 。
１ ． ３ ． ２ 锰
锰元素的主要作用是降低奥 氏体转变温度 ，
１ ． ３ ． ４ 铝
伸率随着淬火温度的升高 变化不大， 维持在 １ ２ ％ 左右 ； 虽然钢板的韧性 随着淬火温度 的升高有一
铝是 钢 中常用 的脱 氧剂 。钢 中加 入少 量 的铝
（ Ａ ｌ ≥０ ． ０ ２ ０ ％） 。可细化 晶粒并提 高冲击韧性 。 铝还具有抗氧化和抗腐蚀性能 ， 铝含量过高则影
查一铸坯加热 轧制一冷却一探伤一精整一热处
理 检验 。
１ ． ２ 力 学性 能要 求
ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ钢板的力学性能要求是屈服强度达
第 ３期
桑德广等 ： 热处理工艺对９ ６ ｏ Ｍ Ｐ ａ 级调质钢板强韧性的影响
。 ７・
到９ ６ ０ ＭＰ ａ以上 ， 同时有 一定 的塑 性 和 一 ４ ０℃低 温韧 性 ， 见表 １ 所 示 。 出于获 得 较 高强 度 并 兼顾
图 １ 不 同淬火温度下强度 、 延伸率 和冲击功 的变化规律
度分别 选 择 ８ ６ ０ 、 ８ ４ ０ 、 ８ ２ ０ 、 ８ ０ ０℃， 保温 ３ ０ ａ ｒ ｉ ｎ 后， 放人水槽进行淬火。淬火处理后全部进行 回 火处理 。回火温度均按 ２ ０ ０ ． ℃， 保温 ６ ０ ｍ ｉ ｎ 。
响钢 的热加 工 、 焊接 和切 削加 工性 能 。 １ ． ３ ． ５ 微合 金元 素
定波动 ， 但仍能满足技术要求。
２ ． ２ 系列低温淬火试验 同样从 １ ２ ｍ ｍ厚热轧状态钢板取样进行试 验， 试样尺寸 １ ２ ｍ ｍ× ３ ０ ０ ｍ ｍ（ 垂直轧制方向） ×
关键词 热处理 ９ ６ ０ ＭＰ ａ 强韧性
Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｈｅ ａ ｔ Ｔｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ
Ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ９ ６ ０ ＭＰ ａ Ｇｒ ａ ｄ ｅ Ｑｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ．
（ 舞 阳钢铁有限责任公司） 摘 要 通过对薄规格 ＷＱ ９ ６ ０ Ｅ钢板 进行成分 和工艺设计 、 淬火 温度和 回火温度 系列试 验 ， 有 效发挥 了
合金 及微 合金元素的作 用 ， 确定 了最佳淬火温度和 回火温度。钢板经过最佳调质工 艺处理后 ， 获得 了较好 的强 韧性配合 ， 为９ ６ ０ Ｍ Ｐ ａ 级调质钢板的生产工艺优化 提供 了依据 。
工艺研 究对 最终 实现 国内产 品完全 取代进 口具有
重要 的意义 。 １ 生产 工 艺设计 １ ． １ 工 艺 流程
ＷＮ Ｍ ４ ０ ０ Ｅ等。但产品实物无论从 内在质量还是
外 观质量 与 国外 产 品相 比都存 在一 定 的差距 ， 尤 其 是 冲击 韧性 和冷 弯性 能一 直不够 稳定 。