用直接淬火+在線回火工藝開發(fā)高強(qiáng)度鋼

近幾十年來，控制軋制和控制冷卻技術(shù)因顯示出開發(fā)高性能鋼板的巨大潛力而獲得快速發(fā)展。隨著加速冷卻裝置的應(yīng)用和開發(fā)，在線冷卻速度大大提高;通過與微合金化相結(jié)合，在細(xì)化組織，提高鋼板強(qiáng)韌性綜合性能，優(yōu)化鋼板焊接性能方面，取得了明顯效果。由此，出現(xiàn)了在線直接淬火技術(shù)。

直接淬火技術(shù)最早是1998年在日本鋼鐵企業(yè)獲得應(yīng)用的。該項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于熱帶鋼連軋和型鋼的生產(chǎn)。為了要使帶鋼在以70km/h速度運(yùn)動(dòng)的情況下，獲得700℃/s的極高冷卻速度，冷卻裝置必須提供很強(qiáng)的水流和水壓，以消除鋼板因表面形成水膜而造成的膜狀沸騰，達(dá)到核狀沸騰的狀態(tài)。核狀沸騰可使冷卻水和鋼板直接接觸，更有效地進(jìn)行熱交換。傳統(tǒng)的冷卻裝備是向鋼板表面噴水，這容易造成鋼板表面水側(cè)向流動(dòng)，導(dǎo)致鋼板不同部位冷卻速度難以均衡，而新型冷卻裝置在很大程度上改善了冷卻不均勻的問題。韓國的鋼鐵企業(yè)采用了多功能間歇式噴射型冷卻系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以使鋼板以很高的冷卻速率冷卻，同時(shí)又保證鋼板各點(diǎn)在冷卻過程中溫度差很小，從而為實(shí)現(xiàn)在線淬火創(chuàng)造了條件。近幾年，國外一些大鋼鐵企業(yè)已經(jīng)建立起直接淬火生產(chǎn)線，如芬蘭在2006年秋建成直接淬火生產(chǎn)線，并于2007年夏投入商業(yè)化生產(chǎn)。我國寶鋼也采用直接淬火工藝結(jié)合低碳微合金成分設(shè)計(jì)，試制出屈服強(qiáng)度在800MPa以上、抗拉強(qiáng)度在950MPa以上、-40℃沖擊功超過90J的40mm厚鋼板;他們?cè)诤癜逶囼?yàn)機(jī)組上還試制成功了屈服強(qiáng)度達(dá)960MPa級(jí)、抗拉強(qiáng)度達(dá)1100MPa級(jí)的超高強(qiáng)鋼。

直接淬火技術(shù)之所以能夠大幅度提高材料強(qiáng)度與韌性的綜合性能，源于直接淬火所得到的高冷卻速度。在快冷條件下，貝氏體相變的形核驅(qū)動(dòng)力大，形核位置多，同時(shí)由于在快冷條件下碳原子的擴(kuò)散能力急劇降低，貝氏體鐵素體板條的長大能力受到抑制，所以最終形成超細(xì)化的貝氏體板條和馬奧組元。顯微組織檢測證明，所獲鋼材的微觀組織為厚度小于1微米的貝氏體板條和沿板條界面分布的馬奧組元;板條內(nèi)部呈亞板條結(jié)構(gòu)及高密度位錯(cuò)。正是這種精細(xì)貝氏體板條和馬奧組元的結(jié)合以及板條內(nèi)的高密度位錯(cuò)，使得鋼板獲得匹配優(yōu)良的強(qiáng)韌性。

寶鋼在這個(gè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了在線回火工藝。這種回火工藝可以進(jìn)行淬火后直接回火，有效利用直接淬火后的鋼板預(yù)熱，同時(shí)能夠縮短熱處理周期。傳統(tǒng)加熱爐的典型加熱速度為0.1~0.3℃/s，而在直接淬火加在線回火工藝中，鋼板回火加熱速率為2~20℃/s，比傳統(tǒng)加熱爐高出1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣，就可避免傳統(tǒng)加熱爐回火處理所造成的滲碳體顆粒粗大，從而形成細(xì)小彌散的滲碳體，并使富碳?xì)堄鄪W氏體在鋼板冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R奧組元。因此，直接淬火+在線回火技術(shù)有望成為一種生產(chǎn)周期短、效率高的高強(qiáng)鋼生產(chǎn)方法。