專利名稱：一種回火快冷提高低碳鋼力學性能的方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料熱處理處理技術領域，特別是提供了一種回火快冷提高低碳鋼力學性能的方法。
背景技術：
常用的熱處理工藝有淬火、回火、退火和正火。
淬火是把鋼加熱到臨界溫度(Ac3或Ac1)以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，再以大于臨界冷卻速度的冷速急劇冷卻，從而獲得貝氏體/馬氏體組織的熱處理方法；回火是把淬火鋼加熱到低于A1點的某一溫度，保溫一定時間后以適當方式冷卻到室溫；退火是將鋼加熱到低于或高于Ac1點溫度，保持一定時間后隨爐緩慢冷卻，以獲得接近于平衡狀態的組織；正火是將鋼加熱到Ac3點以上30-50℃或更高溫度的奧氏體區域，保持一定時間后在空氣中進行冷卻，以獲得珠光體類型的組織。詳見，冶金工業出版社1995年第七次印刷的宋維錫主編《金屬學》一書。
對于應用量大面廣的結構用鋼薄板或中厚板通常用常規熱連軋或薄板坯(包括中板)連鑄連軋工藝生產，它們或在熱軋狀態下直接商用，或先制備冷軋坯料再經冷軋；長材通常經熱連軋直接商用，或經調質處理(高溫加熱奧氏體化后淬火再進行高溫回火)。非調質鋼不經調質處理亦可達到調質鋼的性能水平，主要通過添加微合金元素V、Nb、Ti等來調整鋼的性能，一般調質鋼的顯微組織是回火索氏體，它經淬火和高溫回火處理得到，非調質鋼為普通正火組織，由鐵素體和珠光體組成。詳見，機械工業出版社1989年出版的雍歧龍，馬鳴圖，吳寶榕編著的《微合金鋼-物理和力學冶金》一書。
調質處理和非調質處理都能提高鋼的強度水平，但調質處理要經過兩次加熱，淬火需要的溫度很高，能耗較大，而且工序復雜。非調質處理要另添加微合金元素，增加成本。
本發明不另添加微合金元素，又不進行調質處理，只通過簡單的處理方法使鋼的強度水平提高，可以節約昂貴的微合金資源、節省能耗、簡化工序，這無疑具有重大的社會和經濟效益。
發明內容
本發明的目的在于提供一種回火快冷提高低碳鋼力學性能的方法，可簡化熱處理工序，大幅度降低能耗。
本發明提出的熱處理方法可以稱做亞調質處理，即回火加快冷(temper-rapidcooling)。基于A1溫度以下碳析出行為對鋼組織性能的影響，通過把碳素鋼加熱至A1以下的溫度，保溫一定時間，然后快速冷卻至室溫，從而提高鋼的強度水平。本發明的工藝為采用低碳鋼，其碳含量為C≤0.08％，加熱至450-700℃，保溫30秒～2小時，然后快速冷卻至室溫，冷卻介質為水或其他冷卻速度達到或超過水冷的介質，冷速速度為100～500℃/秒。
本發明所述的低碳鋼包括具有鐵素體/珠光體組織的碳素結構鋼和微合金鋼(C≤0.08％)。
本發明的技術創新之處在于基于A1溫度以下C的析出行為對鋼性能的認識，提出了使室溫組織為平衡或接近平衡組織(鐵素體/珠光體組織)的低碳鋼強度進一步提高的熱處理方法，即回火+快冷。它不象調質處理那樣需要將鋼加熱至奧氏體區淬火。亞調質的處理溫度在A1溫度以下，處理過程不發生相變，晶粒沒有細化，主要是控制C在A1溫度以下的析出行為來提高強度，具有理論創新，并具有簡化工序，降低能耗的優點。
本發明的優點在于不另添加微合金元素，熱處理時不經兩次加熱，節約昂貴的微合金資源、節省能耗、簡化工序。
圖1為本發明的ZJ330鋼53921卷處理溫度與性能的關系圖。其中，橫坐標為溫度，縱坐標為強度。
圖1為本發明的ZJ330鋼53931卷回火時間與性能的關系圖。其中，橫坐標為時間，縱坐標為強度。
具體實施例方式
發明人研究了不同處理溫度、不同處理時間及不同冷卻方式對鋼性能的影響。
(1)CSP生產線生產的低碳高強度鋼ZJ330板材，卷號為53921，其原始σs、σb、δ分別為339MPa，397MPa和45％，其組織為鐵素體+少量珠光體。將其分別加熱到200～700℃，保溫20min，水冷至室溫，測量處理后鋼的力學性能，結果見表1、圖1。可見亞調質處理的加熱溫度為500-700℃時，都能使鋼強度水平提高。
表1 不同處理溫度下鋼的力學性能
(2)CSP生產線生產的低碳鋼ZJ330板材，卷號為53931，其原始σs、σb、δ分別為351MPa，425MPa和42.4％，其組織為鐵素體+少量珠光體。將其加熱至600℃，保溫1min～2h，水冷至室溫，測量處理后鋼的力學性能，結果見表2、圖2。
表2 600℃不同保溫時間后水冷鋼的力學性能
可見600℃亞調質處理的保溫時間在120min以內，鋼的強度水平都有提高。
(3)CSP生產線生產的低碳鋼ZJ330板材，卷號為53921，其原始σs、σb、δ分別為339MPa，397MPa和45％，其組織為鐵素體+少量珠光體。將其加熱至600℃，以不同冷卻方式冷卻至室溫，測量處理后的力學性能，結果見表3。
表3 不同冷卻方式下鋼的力學性能
可見處理的冷卻速度對鋼性能影響很大，冷速越快，鋼的強度越高，冷卻速度達到或超過水冷的冷速(100～500℃/秒)時，回火快冷能夠提高鋼的強度。
權利要求
1.一種回火快冷提高低碳鋼力學性能的方法，其特征在于采用回火加快冷進行熱處理，工藝為采用低碳鋼，其碳含量為C≤0.08％，加熱至450-700℃，保溫30秒～2120分鐘，然后快速冷卻至室溫，冷卻介質為水或其他冷卻速度達到或超過水冷的介質，冷速速度為100~500℃/秒。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的低碳鋼包括具有鐵素體/珠光體組織的碳素結構鋼和微合金鋼。
全文摘要
本發明提供了一種回火快冷提高低碳鋼力學性能的方法，屬于金屬材料熱處理處理技術領域。采用回火加快冷進行熱處理，工藝為采用低碳鋼，其碳含量為C≤0.08％，加熱至450－700℃，保溫30秒～2120分鐘，然后快速冷卻至室溫，冷卻介質為水或其他冷卻速度達到或超過水冷的介質，冷速速度為100～500℃/秒。所述的低碳鋼包括具有鐵素體/珠光體組織的碳素結構鋼和微合金鋼。本發明的優點在于不另添加微合金元素，熱處理時不經兩次加熱，節約昂貴的微合金資源、節省能耗、簡化工序。
文檔編號C21D11/00GK1786212SQ200510130619
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者傅杰, 吳華杰, 劉陽春, 康永林, 于浩, 李晶, 方克明 申請人:北京科技大學