本發(fā)明屬于金屬板帶熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在低碳馬氏體鋼板表層獲得細(xì)晶奧氏體組織的熱處理工藝方法。

　　背景技術(shù)：

　　隨著高性能金屬材料使用范圍及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)其中中厚板產(chǎn)品的綜合性能及使用性能均提出了更高的要求。除了滿足對(duì)鋼板基本力學(xué)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)其表層的止裂性能、耐磨性能及低溫韌性等均提出了明確要求。這里，對(duì)于鋼鐵材料來(lái)說(shuō)，組織細(xì)化是能夠同時(shí)提高其強(qiáng)度與韌性的重要方法，在細(xì)化組織的同時(shí)，其他使用性能均會(huì)有所改善。針對(duì)上述特殊性能要求，采用已有的表層超細(xì)晶機(jī)制，例如鐵素體的動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶、升溫過(guò)程中由過(guò)冷奧氏體析出的大量鐵素體及應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變等，可以獲得性能優(yōu)良的中厚板產(chǎn)品。然而，由于目前實(shí)現(xiàn)表層超細(xì)晶的調(diào)控手段主要集中在控軋和控冷工藝方面，僅能適用于部分中厚板產(chǎn)品，而對(duì)于大部分產(chǎn)品，特別是對(duì)以熱處理狀態(tài)交貨的中厚板產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，必然無(wú)法滿足表層超細(xì)晶的工藝處理要求，需要尋求一種適合熱處理工藝條件下的可行工藝路線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)中厚板產(chǎn)品表層細(xì)晶組織的調(diào)控。

　　中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)cn100595292c公開(kāi)了一種在金屬材料表層實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶粒組織結(jié)構(gòu)的高速加工方法，采用高速塑性變形的機(jī)械處理方法，使金屬材料表層形成亞微米或納米晶粒。隨著距離處理表面深度的增加，微觀結(jié)構(gòu)尺寸呈梯度變化。該專(zhuān)利涉及為利用刀具與產(chǎn)品表面發(fā)生高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件表面進(jìn)行低溫多次變形處理，其對(duì)應(yīng)加工處理溫度為-196℃至100℃，因此，從應(yīng)用領(lǐng)域及具體工藝條件來(lái)看，該方法無(wú)法應(yīng)用到表層細(xì)晶的中厚板產(chǎn)品。

　　中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)cn101906519a、cn102828116a、cn103572023b及cn106676240b分別公開(kāi)了一種低屈強(qiáng)比表層超細(xì)晶低碳鋼厚板的制造方法、一種基于tmcp工藝的表層超細(xì)晶高強(qiáng)度鋼板及其制造方法、一種低合金鋼厚板/特厚板表層超細(xì)晶的制造方法及一種表層超細(xì)晶鐵素體低合金鋼厚板的制備方法。為了最終獲得表層細(xì)晶組織，上述幾個(gè)專(zhuān)利均聚焦于調(diào)控中間坯冷卻路徑，即首先將中間坯表層進(jìn)行冷卻處理，然后經(jīng)過(guò)返溫后進(jìn)行第二階段軋制，實(shí)現(xiàn)組織的正相變與逆相變過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)表層組織細(xì)化的目的。根據(jù)所選鋼種的區(qū)別，其具體中間坯表層冷卻終止溫度及返溫溫度有所差異，均屬于金屬板帶軋制與冷卻工藝領(lǐng)域，而且，如果選取這種工藝控制策略獲得的鋼板，經(jīng)離線淬火工藝處理后，其表層細(xì)晶組織重新加熱至奧氏體化后將無(wú)法遺傳給淬火組織，因此，該方法無(wú)法直接應(yīng)用到熱處理工藝下鋼板表層細(xì)晶組織的調(diào)控工藝上。

　　綜上所述，目前，對(duì)于中厚板產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，暫未涉及熱處理?xiàng)l件下鋼板表層細(xì)晶組織結(jié)構(gòu)的調(diào)控工藝。在滿足高端熱處理產(chǎn)品需求的同時(shí)，需要開(kāi)發(fā)一種基于熱處理工藝條件下獲得鋼板表層細(xì)晶組織的調(diào)控工藝，使產(chǎn)品兼具止裂性能、耐磨性能及低溫韌性等綜合性能，提高產(chǎn)品的附加值。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明目的在于提供一種在低碳馬氏體鋼板表層獲得細(xì)晶奧氏體組織的制備方法，主要通過(guò)調(diào)控?zé)崽幚砉に嚕诓桓淖兦懊孳堉萍袄鋮s工藝的基礎(chǔ)上，僅通過(guò)設(shè)計(jì)淬火工藝過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)鋼板表層細(xì)晶組織的調(diào)控。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種低碳馬氏體鋼板表層獲得細(xì)晶奧氏體組織的制備方法，步驟如下：

　　第一步：選取低碳馬氏體鋼，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：c含量0.18～0.22％，si含量0.28～0.32％，mn含量0.45～0.55％，mo含量0.88～0.92％，nb含量0.018～0.022％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為fe。

　　第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成20～40mm的鋼板，其終軋溫度為950±20℃，然后空冷至室溫。

　　第三步：淬火工藝

　　將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至980～1020℃，加熱速率為10～15℃/min，保溫60min后淬火至室溫，然后將鋼板的上下表層經(jīng)快速感應(yīng)加熱至880～920℃，加熱速率為50±2℃/s，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸不大于5μm的原始奧氏體組織。

　　進(jìn)一步的，第三步中，鋼板放入加熱爐中加熱至1000℃；鋼板的上下表層經(jīng)快速感應(yīng)加熱至900℃。

　　采用該控制方法的依據(jù)：對(duì)于低碳馬氏體鋼來(lái)說(shuō)，其常規(guī)淬火工藝為直接加熱至奧氏體化溫度，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間保溫處理后，獲得斷面組織均勻的奧氏體，針對(duì)于本發(fā)明選取的低碳馬氏體鋼來(lái)說(shuō)，其在淬火工藝下奧氏體晶粒尺寸在20～50μm，經(jīng)過(guò)淬火工藝后獲得馬氏體組織。在本發(fā)明中，在常規(guī)淬火工藝基礎(chǔ)上，增加了短時(shí)感應(yīng)加熱淬火工藝，感應(yīng)加熱可以使鋼板表層溫度迅速升高至奧氏體化溫度，同時(shí)，快速加熱可以有效細(xì)化逆相變后的奧氏體晶粒尺寸，但是，過(guò)快或過(guò)慢的加熱速率均不利于奧氏體晶粒尺寸的細(xì)化，針對(duì)此成分低碳馬氏體鋼來(lái)說(shuō)，加熱速率為50℃/s時(shí)，其細(xì)化效果最優(yōu)。同時(shí)，感應(yīng)加熱溫度過(guò)高，奧氏體晶粒尺寸較大，而感應(yīng)加熱溫度較低時(shí)，其組織未發(fā)生完全奧氏體化過(guò)程，最終選擇再加熱溫度為900℃。這樣，經(jīng)過(guò)常規(guī)淬火工藝+感應(yīng)加熱淬火工藝，可以在滿足鋼板淬火工藝要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)鋼板表層奧氏體組織的細(xì)化。

　　本發(fā)明的有益效果：

　　本發(fā)明在不改變鋼板控軋與控冷工藝的前提下，將淬火工藝設(shè)計(jì)為常規(guī)淬火工藝+短時(shí)感應(yīng)加熱淬火工藝，在滿足鋼板淬火工藝要求的基礎(chǔ)上，在鋼板表層實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒的細(xì)化。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1為本發(fā)明的獲得鋼板表層奧氏體晶粒組織圖。

　　圖2為本發(fā)明的獲得鋼板內(nèi)部原始奧氏體晶粒組織圖。

　　具體實(shí)施方式

　　實(shí)施例1

　　選取80mm*80mm的低碳馬氏體鋼坯料，其成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％)為c0.20％，si0.30％，mn0.50％，mo0.90％，nb0.02％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為鐵fe。首先，將坯料加熱至1200℃，保溫2h后，經(jīng)過(guò)多道次軋制成20mm的鋼板，其終軋溫度為950℃，然后空冷至室溫。選取熱軋后的鋼板，放入到加熱爐中，緩慢加熱至1000℃，加熱速率為10℃/min，，保溫60min后淬火至室溫，然后，鋼板上下表層經(jīng)快速感應(yīng)加熱至900℃，對(duì)應(yīng)加熱速率為50℃/s，然后迅速淬火至室溫，最終表層可獲得尺寸約4.5μm的原始奧氏體組織，表層細(xì)晶層厚度為3mm，具體表層及內(nèi)部原始奧氏體組織晶粒尺寸分布如圖1和圖2所示。

　　實(shí)施例2

　　第一步：選取80mm*80mm的低碳馬氏體鋼坯料，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：碳含量0.18％，硅含量0.28％，錳含量0.45％，鉬含量0.88％，鈮含量0.018％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為鐵fe。

　　第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成40mm的鋼板，其終軋溫度為930℃，然后空冷至室溫。

　　第三步：淬火工藝

　　將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至980℃，加熱速率為10℃/min，保溫60min后淬火至室溫，然后將鋼板的上下表層經(jīng)快速感應(yīng)加熱至880℃，加熱速率為48℃/s，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸約為4.2μm的原始奧氏體組織，表層細(xì)晶層厚度為3mm。

　　實(shí)施例3

　　第一步：選取80mm*80mm的低碳馬氏體鋼坯料，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：碳含量0.22％，硅含量0.32％，錳含量0.55％，鉬含量0.92％，鈮含量0.022％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為鐵fe。

　　第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成20mm的鋼板，其終軋溫度為970℃，然后空冷至室溫。

　　第三步：淬火工藝

　　將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至1020℃，加熱速率為15℃/min，保溫60min后淬火至室溫，然后將鋼板的上下表層經(jīng)快速感應(yīng)加熱至920℃，加熱速率為52℃/s，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸約為3.9μm的原始奧氏體組織，表層細(xì)晶層厚度在2.5mm。

　　技術(shù)特征：

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明屬于金屬板帶熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在低碳馬氏體鋼板表層獲得細(xì)晶奧氏體組織的熱處理工藝方法。第一步：選取低碳馬氏體鋼，第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成20～40mm的鋼板，其終軋溫度為950℃±20℃，然后空冷至室溫。第三步：將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至980～1020℃，加熱速率為10℃/min，然后將鋼板的上下表層經(jīng)快速感應(yīng)加熱至880～920℃，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸不大于5μm的原始奧氏體組織。本發(fā)明在不改變鋼板控軋與控冷工藝的前提下，將淬火工藝設(shè)計(jì)為常規(guī)淬火工藝加短時(shí)感應(yīng)加熱淬火工藝，在滿足鋼板淬火工藝要求的基礎(chǔ)上，在鋼板表層實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒的細(xì)化。

　　技術(shù)研發(fā)人員：衣海龍;周永康;畢夢(mèng)園;方明陽(yáng)

　　受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)

　　技術(shù)研發(fā)日：2019.03.22

　　技術(shù)公布日：2019.06.14