AB/EQ56钢板热处理工艺研究
摘要：文章主要描述了舞阳钢铁有限公司（舞钢）厚度≤50mm的海洋工程用AB/EQ56钢板的研发过程。研究了钢板的化学
分析
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、金相组织、抗拉强度和系列温度点的冲击韧性。结果
表
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明，通过超低合金成分控制、控制轧制和控制冷却以及合适的淬火和回火工艺，厚度范围为12mm～95mm 的AB/EQ56获得了良好的强度和韧性的综合性能，性能完全符合美国船级社（ABS）
规则
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要求。钢板通过了美国船级社（ABS）认证，具有生产资格。已经接了7000 多吨这种钢板的订单，主要用于近海石油平台悬臂梁。
关键词：低合金成分设计控制轧制淬火工艺显微组织性能
0 引言
随着海洋开采的持续发展，对海洋工程用钢的要求日益增加。AB/EQ56钢板的成功研发改变了高强度高韧性海洋工程用钢板依赖进口的状况，这对经济和社会发展有着至关重要的意义。
1.
2.生产工艺路线
100t电弧炉熔炼→LF精炼→真空精炼→（模铸浇注）连续浇注→钢锭（钢坯）火焰清理→再加热→控制轧制→控制冷却→表面检测，修磨→探伤→抛丸清理→淬火和回火→钢板修磨，检测→取样和试验→质量判定和入库待交货。
2. 工艺开发
2.1 AB/EQ56标准要求
参照表1对AB/EQ56力学性能的标准要求。
表1 AB/EQ56钢板1/4厚度性能标准要求
2.2 生产瓶颈
海洋工程钢在海上服役，因此材料必须具有高强度、高韧性、抗层状撕裂性能、良好的焊接性能和抗海水腐蚀性能。AB/EQ56钢板以淬火和回火状态供货，大厚度范围为12mm -95mm。我们都知道，随着钢板厚度的增加，尤其是厚度超过50mm后，钢的淬透性急剧下降，钢的强度和韧性难以匹配。
2.3 化学成分设计
淬火和回火钢的显微组织和力学性能不仅与淬火和回火工艺有关，而且取决于其化学成分。为了降低成本，在成分设计方面，减少Ni 和Mo这样的贵重合金的消耗量，通过稍微提高C和Mn含量，保持强度和韧性的平衡。通过溶质强化、细晶粒强化、析出强化，已改善了低温下的高强度和高韧性。表2列出厚度≤50mm 钢板的典型成分。
表2 厚度≤50mm的钢板的典型化学成分
2.4 轧制工艺
主要通过选择性的添加合金元素来生产传统的淬火和回火钢，改变钢板的淬透性，以在淬火后获得较多奥氏体组织，在回火后获得强度和韧性的更佳匹配。在控制轧制和控制冷却对淬火钢的强度和韧性的影响方面的研究非常缺乏。近几年中，由于对控制轧制和控制冷却技术的研究进一步深入，应用范围持续扩展，对控制轧制和控制冷却技术对淬火和回火钢生产的影响方面的研究日益增多。
由于AB/EQ56钢的化学成分设计比较经济，再加热和轧制工艺必须受到严格的控制。板坯在步进式加热炉中再加热。为了阻止晶粒长大，再加热温度不得超过1220℃，在轧制期间进行严格的II阶段控制轧制。第二阶段开轧温度＜900℃，成品钢板的厚度为50mm。轧制钢板迅速被送至MULPIC 系统以ACC模式冷却。冷却被控制至700℃以下的温度时，钢板表面温度恢复。
2.5 热处理工艺
AB/EQ56钢板热处理工艺包括淬火和回火。我们都知道，淬火温度越高，奥氏体长大的趋势越明显，成分越均匀。相反，晶粒越细，成分越不均匀，更糟的是，合金元素不可能完全固溶。需要选择合适的淬火温度以在晶粒粗化不太严重的前提下，获得更多马氏体组织和更深的钢板硬化层。淬火温度初始设置为930℃，保温时间为PLC+30min，淬火温度范围为640℃—670℃，保温时间为3.5min/mm~5min/mm。
3. 分析和讨论
表3为在试验室系列温度下回火后的力学性能。
表3 试验室中930℃淬火后的回火数据
从表3中可看出钢板的强度和韧性与定义的回火工艺匹配性不好。尽管强度满足标准要求，冲击韧性仍旧较低。图1示出淬火状态下钢板1/4厚度处和中心的金相组织。金相
报告
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表明，贝氏体在钢板1/4厚度处萌生，更多贝氏体组织位于中心，马氏体组织更多分布在偏析带。显然，显微组织和晶粒粗大，出现一些魏
氏组织，这可能是冲击韧性较低引起的。
图1 930℃时的淬火组织（a）1/4钢板厚度（b）1/2钢板厚度
表4 880℃淬火后试验室回火数据
4. 工艺调整
关于930℃淬火和回火后的钢板的较低冲击韧性，淬火温度被降至880℃，保温时间相同（PLC+30min）。表4为淬火后试验室回火数据。回火温度为550℃—600℃。保温时间为3.5min/mm。
从表4可看出，经过一系列回火处理后，880℃淬火钢板的冲击韧性高于880℃淬火钢板，而强度符合标准要求，但富余量有限。图2示出淬火状态下钢板1/4厚度和中心的金相组织。在钢板1/4厚度处，主要为贝氏体组织。形成大量富碳相这样的连续或间歇带。以上显微组织导致韧性降低和冲击韧性未明显上升。
由于这个原因，将淬火温度增至900℃，试验室回火温度为550℃—610℃，保温时间为3.5min/mm。表5示出淬火态和回火态钢板的试验室性能。从表5中可看出，通过适当的回火获得良好的强度和韧性的综合性能。
图2 880℃时淬火态钢板的显微组织
（a）1/4厚度处（b）1/2厚度厚度处
表5 900℃淬火后试验室回火数据
图3 试验室中900℃淬火态钢在一系列温度下回火后的抗拉强度
图4 试验室中900℃淬火态钢在一系列温度下回火后-40℃冲击韧性图3和图4示出回火温度增加时钢板力学性能的变化趋势。从图中可看出钢板的屈服强度和抗拉强度在900℃淬火、550℃和610℃之间回火后显示出一种逐渐下降的趋势。回火温度达610℃时，由于微合金元素的析出增强作用，钢板的强度上升，伸长率和冲击韧性也显示出上升趋势。在610℃的回火温度下，冲击韧性平均提高200J，钢板获得优良的强度和韧性的综合性能。图5显示出900℃淬火时钢板1/4厚度和中心的金相组织。在钢板1/4厚度处，主要是马氏体组织，贝氏体体积比较小，有均匀细小的显微组织。在1/2钢板厚度处，由于冷却速率较低，贝氏体体积比增加。与930℃淬火的显微组织相比，900℃淬火态的显微组织细得多。
图5 900℃淬火态
基于以上研究，已将900℃淬火、610℃回火、保温时间3.5min/mm的工艺应用于实际生产中。参看表6。从该表中可看出，性能均匀稳定。
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表6 实际产品性能
5．结论
在设计和生产淬火和回火型低碳当量的高强度钢时，回火温度对最终性能产生重要影响。如果选择一种合适的淬火工艺，淬火态显微组织将在超过900℃的淬火温度下粗化，还可能形成魏氏组织。尽管淬火态晶粒在低于850℃的淬火温度下较细小，由于低奥氏体化温度限制淬透性的提高，合金元素可能完全固溶。因此，贝氏体组织可能在淬火态显微组织中占据主导地位。如果以上两种类型的组织形成，可通过后续回火处理大大提高低温韧性。因此，必须在实际生产选择选择合适的淬火温度。
浙公网安备 33021202002483