热处理工艺对F550海洋平台用钢组织与性能的影响

JJ删2012年6月UJ尔SHANDONG冒J定METALLURGYVO134NO3JUNE2O12砰、矿、驴、矿、驴、矿2专论与综述2学P、炉、热处理工艺对F550海洋平台用钢组织与性能的影响杜显彬，张鹏，李永强，麻衡，周平莱芜钢铁集团有限公司技术中心，山东莱芜271104摘要通过对不同淬火、回火工艺处理后的F550海洋平台用钢的力学性能、断口形貌、微观组织等进行分析，探讨了淬火、回火工艺参数对钢板性能及组织的影响。结果表明，淬火温度越高，组织晶粒越细小；随回火温度的升高，组织粗化，位错密度减少，钢板强度降低，塑性和韧性提高。16MM厚F550钢板最佳调质工艺为880OC120MIN淬火，630OCX220RAIN回火。调质处理后钢板组织为粒状贝氏体少量板条铁素体，屈服强度580MPA，抗拉强度660MPA，断后伸长率23，一60冲击功稳定在210J以上。关键词海洋平台用钢；F550；调质处理；组织；性能中图分类号TG1421；TG3355文献标识码A文章编号10044620201203一IO04041前言近年来，船舶及海洋平台逐渐向大型化、轻型化方向发展，发展高强度、超高强度钢板不仅是提高经济效益的需要，也符合国家发展战略的方向要求N。F550超高强海洋平台用钢凭借其优异的强度及低温一60冲击韧性，一直被认为是海洋平台用钢生产和研发水平的标志性产品之一。目前国内多数中厚板企业对于F550超高强海洋平台用钢还处于工业试生产阶段，性能得不到充分的保障，成分设计、控轧控冷工艺制度优化、组织类型对其韧性行为的影响以及大线能量焊接行为等诸多机理有待进一步研究。本研究主要针对试制开发的F550超高强度海洋平台用钢，探讨不同调质处理工艺对成品的显微组织及析出行为的影响规律，从而确定最佳热处理工艺来获得理想的综合力学性能。2试验材料及方法试验用坯料为真空感应炉冶炼，浇注后，再锻造成的80MM100MM120MM方坯，坯料的热轧试验在350MM两辊可逆式轧机上完成，中间坯厚度设定为45MM，最终轧制钢板成品厚度为16MM，其化学成分见表1。试验钢板的性能要求见表2。表1F550钢板化学成分质量分数CSIMNPSNBTICRVCUO08O311400090O04适量将试验材料分别在910OC和880温度下加热120MIN后进行淬火处理，对比分析其性能及微观组织。然后将淬火后的钢板分别在550、600、630及收稿日期20120412作者简介杜显彬，男，1964年生，1988年毕业于北京科技大学金属材料专业。现为莱钢技术中心副主任，高级工程师，从事钢铁新产品研究与开发工作。4表2F550钢板性能要求刷M腿PAJM强PAMPA篓交货状态率横向纵向横向T550670830163755D3A淬火回火680OC温度下加热220MIN进行回火处理，并对其回火后钢板的性能及微观组织进行分析对比。通过分析对比不同淬火、回火工艺下钢板的各项性能、微观组织等，研究工艺参数对钢板性能、微观组织的影响规律，并最终确定16MM厚F550超高强钢板的最佳热处理工艺。3结果与分析31淬火后性能及组织试验材料淬火后性能见表3。淬火后钢板的屈服强度和断后伸长率较低，抗拉强度偏高，低温冲击韧性不稳定。表3F550钢板淬火后性能淬火温取样屈服强抗拉强伸长率一60冲度，位置度MPA度MPA击功J88012厚度55576017111，41，14891012厚度55577018151，92，89淬火处理后钢板的微观组织见图1。图LA、B分别为880OC淬火处理后钢板14、112厚度处的组织形貌，图LC、D分别为910OC淬火处理后钢板14、12厚度处的组织形貌。不同温度淬火处理后钢板的组织类型相同，其14、12厚度处组织均为粒状贝氏体少量针状铁素体。910淬火处理后钢板的晶粒尺寸明显比880OC淬火处理后钢板的晶粒尺寸细小。因此，淬火钢板的组织受淬火温度影响显著，晶粒尺寸随淬火温度升高呈逐渐细化趋势。32回火后性能及组织经不同淬火、回火工艺处理后，在试验钢板112厚度处取样，拉伸性能变化情况见图2，一60冲击性能对比情况见图3。杜显彬等热处理工艺对F550海洋平台用钢组织与性能的影响2012年第3期4结论41试验钢板淬火后组织为粒状贝氏体和少量针状铁素体，淬火温度越高，组织晶粒越细小；回火后组织为粒状贝氏体和少量板条铁素体，随回火温度的升高，组织中板条合并、粗化现象明显，位错密度减少，钢板强度有所降低，塑性和韧性提高。42基于实验室条件下试制的16MLTL厚F550海洋平台用钢板，经过性能、组织综合分析和对比，最终确定其最佳调质工艺为880温度下加热120MIN后淬火，630温度下加热220MIN回火。调质处理后钢板的屈服强度为580MPA，抗拉强度为660MPA，断后伸长率23，一60OC冲击功稳定在210J以上。各项性能均较理想，完全满足船级社要求。参考文献1杨才福，苏航，李丽，等高性能铜沉淀硬化船体钢J中国有色金属学报，2004，14增刊12112152冷光荣，武会斌，陈慰琼，等热处理工艺对含铜超高强度船板钢组织和性能的影响FJ金属热处理，2010，35199102EFFECTOFHEATTREATMENTONTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFF550OFFSHOREPLATFORMSTEELDUXIANBIN，ZHANGPENG，LIYONGQIANG，MAHENG，ZHOUPINGTHETECHNOLOGYCENTEROFLAIWUIRONANDSTEELGROUPCORPORATION，LAIWU271104，CHINAABSTRACTTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFF550OFFSHOREPLATFORMSTEELAFTERDIFFERENTQUENCHINGANDTEMPERINGTREATMENTPROCESSESWEREANALYZEDTHEINFLUENCESOFQUENCHINGANDTEMPERINGPARAMETERSONTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESWERESTUDIEDTHERESUHSSHOWEDTHATTHEHIGHERTHEQUENCHINGTEMPERATURE，THEMOREFINEGRAINWITHTHEINCREASEOFTEMPERINGTEMPERATURE，THESTRUCTUREBECAMECOARSENING，THEDISLOCATIONDENSITYDECREASED，STEELPLATEINTENSITYDECREASED，THEPLASTICITYANDTOUGHNESSINCREASEDTHEBESTHEATTREATMENTPARAMETERSFOR16MLTITHICKF550STEELPLATEAREASFOLLOWS880120MINQUENCHING630220MINTEMPERINGTHEMICROSTRUCTUREOFF550STEELPLATEAFTERQUENCHINGANDTEMPERINGTREATMENTWASGRANULARBAINITEANDASMALLAMOUNTOFLATHFERRITE，THEYIELDSTRENGTHWAS580MPA，TENSILESTRENGTHWAS660MPA，ELONGATIONWAS23，AND一60IMPACTENERGYWASSTABLEABOVE210JKEYWOLDSOFFSHOREPLATFORMSTEEL；F550；QUENCHINGANDTEMPERING；MICROSTRUCTURE；PROPERTY0C0C0000000000000000000000上接第3页进一步的研究和实践。1冶金结合方式离心、非离心复合铸造。目前大量的板带轧辊都采用冶金结合的离心复合铸造生产，而且日趋成熟，只不过工作层材料向高合金、高耐磨性等方向发展。2镶嵌复合铸造方式如果复合面结合好，也是一种很好的方法。在轧制负荷不大的情况下，也获得了大面积的成功。3机械结合方式钢管矫直辊几乎全部由过去的辊和轴整体锻造的形式改为辊套和轴分体，通过过盈配合、组装的形式，使用效果很好，如PQF钢管轧机轧辊由整体式改为辊套和轴分体组装。4表面工程方式镀、渗、喷、涂等都在不同的零件上使用获得成功，但往往由于实施后表面工作层太薄等，限制了使用范围。参考文献1杨秀琴中国钢管工业的现状、问题与发展前景C中国金属学会轧钢学会钢管学术委员会五届三次年会论文集西安2O072符寒光，刑建东_高速钢轧辊制造技术M北京冶金工业出版社，2OO63绍顺才离心铸造轧辊制造、技术创新与发展C中国钢铁工业协会，中国金属学会2008年轧辊制造与应用国际研讨会论文集上海20084孙铎基铸造冷轧工作辊的研发和应用C中国钢铁工业协会，中国金属学会2008年轧辊制造与应用国际研讨会论文集上海2008DEVELOPMENTOFHIGHQUALITYCASTINGROLLFORSTEELPIPESTRAIGHTENINGANDCOLDRO11FORMEDSTEELYUANHOUZHILIUXINGYISHANDONGPROVINCESIFANGTECHNICALDEVELOPMENTCO，LTD，JINAN250101，CHINAABSTRACTTHROUGHMUHIALLOYSTRENGTHENINGMODIFICATIONTREATMENT，SHANDONGPROVINCESIFANGTECHNICALDEVELOPMENTCO，LTDHASDEVELOPEDHIGHQUALITYCASTINGROLLWHICHMAKEAFEATUREOFHIGHC，CR，NIANDMOCONTENTTHEBASICMICROSTRUCTUREOFMATERIALISAUSTENITE，BAINITEANDMARTENSITE，THECARBIDEISMAINLYM7C3ANDITSCONTENTISABOUT20，THEMICROHARDNESSISUPTOHM1800，THEMICROSTRUCTUREISAPPEAREDASNOCONTINUOUSSTRIPESTATE，BLOCKSTATE，PARTICLEATATEANDCHRYSANTHEMUMSTATE，THETENSILESTRENGTHIS540MPA，THEIMPACTTOUGHNESSIS75JCM，THEHARDNESSDISTANCED120MMFROMSURFAEEISHRC593THEUTILIZATIONCOEFFICIENTOFMATERIALFORPRODUCINGROLLISUPTOABOV