工程机械用高强度钢直接淬火回火工艺研究

　　0 引言

　　工程机械、矿山机械等行业的发展对高强度焊接结构钢的力学和工艺性能提出更高的要求[1]。目前，屈服强度960～1100MPa级高强钢是制造高端工程机械产品的主要结构材料。目前生产该等级钢的许多企业仍采取控轧控冷加离线调质的热处理工艺，也围绕离线调质工艺做了较多的研究[2-4]。

　　然而，近年来直接淬火工艺在中厚钢板生产中的应用逐渐增多，这不仅可使钢材的强度成倍提高，而且在低温韧性、焊接性能、抑制裂纹扩展、钢板均匀冷却以及板形控制等方面都比传统工艺优越[5]。笔者设计了低合金调质高强钢的在线超快速冷却试验，研究冷却工艺参数对组织和性能的影响，并与传统离线热处理进行对比，分析了超快冷条件下直接淬火工艺对开发高强钢板的特点和优势。

　　1 试验材料及方法

　　试验钢的化学成分为(质量分数):C0.16%，Si0.20% ，Mn1.45% ，Cr0.5% ，Mo0.5%，Als0.02%，B 0.0015% ，P0.008% ，S0002% ，Nb、V、Ti微量添加，Fe余量。采用150kg 真空感应炉冶炼并浇铸成锭，锻造成截面尺寸100mm×100m的长方坯。

　　将钢坯锯切成适合长度并在实验室Φ450轧机上进行轧制和冷却试验。钢坯在箱式电阻炉中加热至 1200℃保温1h，并采用两阶段控制轧制工艺。奥氏体再结晶区轧制开轧温度1050℃，道次压下率大于20%，累计压下率70%; 未再结晶区轧制开轧温度为900℃，经6道次轧至目标厚度12mm，累积压下率60%。轧后利用试验轧机配置的超快冷设备实现直接淬火(DQ)工艺，然后将直接淬火的钢板进行回火试验，检测其组织和性能; 同时将轧后空冷至室温的钢板进行再加热淬火(RQ)和回火试验，与直接淬火试样进行对比。

　　热处理试验方法如下: 将钢板切成沿轧向长度约200mm的热处理试样若干，在箱式电阻炉中进行淬火和回火试验。炉温达到设定温度后放入试样，在炉温回升至设定温度后开始计时，各试样在炉内平铺放置而不堆垛。出炉后淬火试样淬入水池中至室温，回火试样空冷至室温。试验过程部分工艺参数如表1所示。

　　检测不同热处理状态下钢板横向(垂直轧制方向)的室温拉伸性能，加工成Φ6mm的圆棒，标距30mm，平行长度42mm，在WAW-1000型电液伺服万能试验机上进行，拉伸速率1mm/min; 检测钢板纵向(沿轧制方向)V型缺口夏氏冲击性能，试样尺寸10mm×10mm×55mm，在Instron 9250HV落锤冲击试验机上进行，试验温度-40℃。于钢板纵剖面(沿轧制方向)制取显微组织观察试样，试样表面打磨抛光后用4% 硝酸酒精溶液腐蚀至灰色，采用LEICA Q550IW光学显微镜(OM)和FEI Quanta 600扫描电子显微镜(SEM)观察显微组织。采用双喷电解减薄方法制取透射电子显微镜(TEM)试样，电解液采用体积分数9%高氯酸酒精溶液，在FEI Tecnai G2F20型电镜上进行观察。