一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋼鐵材料熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝。該工藝包括以下步驟：將材料放入加熱爐中，隨爐升溫至880℃～950℃，正火保溫60分鐘～120分鐘；將正火后的低合金結(jié)構(gòu)鋼或低低碳結(jié)構(gòu)鋼進行風(fēng)冷，風(fēng)冷后溫度控制在300℃～600℃；將風(fēng)冷后的材料放入回火爐中進行回火處理，回火溫度控制在450℃～650℃，保溫120分鐘～180分鐘，空冷至室溫。該工藝提高了低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼的韌性，細化了晶粒度，使材料鋼屈服（位移）段在2mm以上，屈服強度提高了15～20%，可以用于橋梁減隔震材料或適用于對材料韌性要求較高的地方。
【專利說明】一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵材料熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]橋梁、建筑減隔震已成為現(xiàn)代減隔震設(shè)計的主要內(nèi)容，減隔震材料的選取和處理成為其中最為核心的內(nèi)容。特別是特大型大橋需要較大位移量的變化，并較高的減隔震要求，對減隔震的要求極為特殊。目前，世界一些國家在減隔震材料方面進行了系統(tǒng)的研究，也取得了一些成果。但是，大多數(shù)應(yīng)用在建筑物的減隔震上，且減震效果不明顯。橋梁用減隔震材料有其特殊的要求，屈強比過大的減隔震材料容易導(dǎo)致建筑底部受力過大，導(dǎo)致下部基礎(chǔ)損壞。
[0003]低合金結(jié)構(gòu)鋼是在含碳量Wc含0.20%的碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素發(fā)展起來的，強度高于碳素結(jié)構(gòu)鋼。此類鋼中除含有一定量硅或錳基本元素外，還含有其他適合我國資源情況的元素，如釩(V)、鋁(Al)、鑰(Mo)等微量元素。此類鋼同碳素結(jié)構(gòu)鋼t匕，具有強度高、綜合性能好、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣、比較經(jīng)濟等優(yōu)點。這類鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體、索式體。該鋼多軋制成板材、型材、無縫鋼管等，被廣泛用于橋梁、船舶、鍋爐、車輛及重要建筑結(jié)構(gòu)中。當(dāng)此材料應(yīng)用于正常使用條件下的橋梁、建筑，可以滿足要求，但是當(dāng)要滿足能夠遇到較大地震，橋梁、建筑等不被破壞，或是作為橋梁減隔震材料時，屈強比過大容易導(dǎo)致橋墩底部受力過大，損壞橋墩，因此需要材料具有良好的韌性。
[0004]Q345低合金結(jié)構(gòu)鋼國內(nèi)一般在熱軋，正火或退火狀態(tài)下使用，材料機械性能相對相抵，材料屈服強度約為345Mpa。Q345綜合力學(xué)性能良好，低溫性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機、礦山機械、電站、橋梁等承受動載荷的結(jié)構(gòu)、機械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，可用于_40°C以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。但是未經(jīng)特殊處理工藝的低合金結(jié)構(gòu)鋼，不能滿足使用要求。
[0005]含碳量從0.10%至0.30%低碳結(jié)構(gòu)鋼易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削，常用于制造鏈條、鉚釘、螺栓、軸等。碳含量低于0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和一部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大多不經(jīng)熱處理用于工程結(jié)構(gòu)件，有的經(jīng)滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機械零件。
[0006]在中國發(fā)明專利申請公開說明書CN201010597666.1中公開了一種低合金結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝，該工藝主要采用淬火加回火對低合金結(jié)構(gòu)鋼進行熱處理。淬火溫度控制在860°C-920°C，水冷至室溫；回火溫度控制在550°C-650°C，保溫一段時間后在空氣中冷卻。該工藝對低合金結(jié)構(gòu)鋼處理后提高了其機械性能，抗拉強度大于510MPa和屈服強度Rp0.2大于450MPa，可以用來制造要求有高強度、高疲勞度的零件。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝，提高低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼的韌性，細化其晶粒度，使材料屈服(位移)段在2mm以上，屈服強度提高15-20%。
[0008]本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟:(1)正火:將低合金結(jié)構(gòu)鋼或低碳結(jié)構(gòu)鋼放入加熱爐中，隨爐升溫至880°c-950°C，正火保溫時間為60分鐘-120分鐘；(2)風(fēng)冷:將正火后的材料進行風(fēng)冷，風(fēng)冷后溫度控制在300°C-600°C ；(3)回火:將風(fēng)冷后的材料放入回火爐中進行回火處理，回火溫度控制在450°C-650°C，保溫時間為120分鐘-180分鐘，(4)空冷:回火后空冷至室溫。
[0009]作為優(yōu)選，所述步驟(I)中低合金結(jié)構(gòu)鋼正火溫度為910°C，保溫時間為90分鐘；低碳結(jié)構(gòu)鋼正火溫度為920°C，保溫時間為90分鐘。
[0010]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中材料風(fēng)冷后溫度控制在450°C。
[0011]作為優(yōu)選 ，所述步驟(2)中采用強力排氣扇對材料進行風(fēng)冷。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中低合金結(jié)構(gòu)鋼回火溫度為480°C，保溫時間為120分鐘；低碳結(jié)構(gòu)鋼回火溫度為650°C，保溫時間為120分鐘。
[0013]作為優(yōu)選，所述低合金結(jié)構(gòu)鋼為Q345。
[0014]作為優(yōu)選，所述低碳結(jié)構(gòu)鋼為Q245。
[0015]該發(fā)明熱處理采用的工藝原理是:
將材料加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，讓其晶粒重新組合細化后空冷，變成均勻細小的珠光體和鐵素體，從而提高材料的抗拉強度；細化原始金相組織，同時增加鋼中P、N等脆性元素的均勻性，提高低合金結(jié)構(gòu)鋼的韌性。經(jīng)中溫回火熱處理，并使珠光體變成屈氏體。這種組織的特點是碳化物尚未發(fā)生明顯的聚集長大，保持著較彌散的分布狀態(tài)；基體α-相只發(fā)生了回復(fù)過程，正火造成的第二次內(nèi)應(yīng)力幾乎全部消除，但尚未發(fā)生再結(jié)晶過程，仍舊保持著馬氏體的針狀形態(tài)和一定程度的強化效果，致使回火屈氏體具有較高的彈性極限，從而達到材料受拉時延長產(chǎn)生屈服強度時間，提高材料屈服強度。
[0016]本發(fā)明有益效果:將低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼采用正火加回火工藝處理，提高了低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的韌性，有較大的彈塑性變形延遲區(qū)間，細化了低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的晶粒度，使低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼屈服(位移)段在2mm以上，且屈服強度提高了 15-20%，還具有較合適的屈強比(屈強比為70-80%)，和較合適屈服、極限應(yīng)變段(可調(diào))及屈服應(yīng)變/彈性應(yīng)變值(可調(diào))。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1中試樣Q345B熱處理前的晶粒度圖；
圖2是實施例1中試樣Q345B按照本工藝熱處理后的晶粒度圖；
圖3是實施例1中試樣Q345B按照本工藝熱處理后的進行拉伸得到屈服組織狀態(tài)下的
圖；
圖4是實施例1中試樣Q345B的力-位移曲線圖；
圖5是表一中Q345B各試樣熱處理后的力-位移曲線圖；
圖6是表二中Q235各試樣熱處理后的力-位移曲線圖；圖7是Q235原試樣的標(biāo)準(zhǔn)試樣拉伸后的力-位移曲線圖。
【具體實施方式】
[0018]將低合金結(jié)構(gòu)鋼或低碳結(jié)構(gòu)鋼放入加熱爐中，隨爐升溫至880°C-950°C，正火保溫時間為60分鐘-120分鐘；將正火后的材料中進行風(fēng)冷，風(fēng)冷后溫度控制在300°C-6000C ;將風(fēng)冷后的材料放入回火爐中進行回火處理，回火溫度控制在450°C-650°C，保溫時間為120分鐘-180分鐘，空冷至室溫。
[0019]本發(fā)明整體工藝為:產(chǎn)品準(zhǔn)備一進爐一正火一風(fēng)冷一回火一空冷至室溫一檢驗。
[0020]下列非限制性實施例用于說明本發(fā)明。
[0021]實施例1:
以低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345B試樣為例，該試樣的成分組成(重量％)為:0.18%C、0.45%S1、
1.65%Μη、0.03%P,0.03%S,0.01%Ν,0.15%V,0.25%Cr,0.45%Ni,0.20%Cu。試樣直徑 d 為 10mm，原始標(biāo)距Lo為50mm。
[0022]將試樣準(zhǔn)備好后，設(shè)定加熱爐和回火爐工藝參數(shù):正火溫度為910°C，保溫時間為90分鐘；回火溫度為480°C，保溫時間為120分鐘。
[0023]然后將試樣放入料框中，試樣排列均勻，間隔整齊，將料框放入加熱爐中，確定料框可靠，關(guān)閉爐門，調(diào)出微機工藝程序，按“開始”，處理自動開始，同時打開溫度記錄儀；待升溫和保溫程序結(jié)束后，關(guān)閉正火爐，取出料框，用3臺強力排氣扇對吹冷至450°C ;然后將試樣放入回火爐中， 在設(shè)定回火溫度(480°C)和回火時間(120分鐘)進行回火處理?；鼗鸾Y(jié)束后，取出料框，將試樣放入空氣中冷卻至室溫。
[0024]如圖1和圖2所示，圖1為熱處理前Q345B試樣的晶粒度圖，晶粒度為4級；圖2是Q345B在本發(fā)明熱處理工藝后的晶粒度圖，晶粒度為8級。由此可見熱處理后細化了晶粒度。
[0025]將試樣進行拉伸試驗，圖3示出了 Q345B在經(jīng)本發(fā)明熱處理工藝處理再進行拉伸后的屈服組織狀態(tài)，圖4是試樣Q345B經(jīng)拉伸后得到的力-位移曲線圖，屈服(位移)段在2mm以上。
[0026]由圖4與圖5中可以看出，經(jīng)本工藝處理后的試樣除了具有較好的韌性外，還具有較大的彈塑性變形階段，可以適應(yīng)較大的彈塑性位移而不發(fā)生硬化現(xiàn)象。
[0027]表一為低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345B原試樣、調(diào)質(zhì)處理和經(jīng)本工藝處理后的試樣性能測試數(shù)據(jù)。I號試樣為淬火:溫度890°C,時間60分鐘，200°C回火,時間2小時；2號試樣為熱處理前原材料試樣；3、4號試樣為正火:溫度為91CTC,時間90分鐘，風(fēng)冷至45CTC ;5、6號試樣為正火+高溫回火:溫度91 (TC，時間90分鐘，風(fēng)冷至450°C，650°C回火，時間2小時；7、8號試樣為正火+中溫回火:溫度910°C，時間90分鐘，風(fēng)冷至450°C;480°C回火，時間2小時。
[0028]表一:
【權(quán)利要求】
1.一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟: (1)正火:將低合金結(jié)構(gòu)鋼或低碳結(jié)構(gòu)鋼放入加熱爐中，隨爐升溫至880°C-950°C，正火保溫時間為60分鐘-120分鐘； (2)風(fēng)冷:將正火后的材料進行風(fēng)冷，風(fēng)冷后溫度控制在300°C-600°C； (3)回火:將風(fēng)冷后的材料放入回火爐中進行回火處理，回火溫度控制在450°C-650°C，保溫時間為120分鐘-180分鐘， (4)空冷:回火后空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝，其特征在于:所述步驟(I)中低合金結(jié)構(gòu)鋼正火溫度為910°C，保溫時間為90分鐘；低碳結(jié)構(gòu)鋼正火溫度為920 V，保溫時間為90分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)熱處理工藝，其特征在于:所述步驟(2)中材料風(fēng)冷后溫度控制在450°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)熱處理工藝，其特征在于:所述步驟(2)中采用強力排氣扇對材料進行風(fēng)冷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝，其特征在于:所述步驟(3)中低合金結(jié)構(gòu)鋼回火溫度為480°C，保溫時間為120分鐘；低碳結(jié)構(gòu)鋼回火溫度為650°C，保溫時間為120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝，其特征在于:所述低合金結(jié)構(gòu)鋼為Q345。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種低合金結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼熱處理工藝，其特征在于:所述低碳結(jié)構(gòu)鋼為Q245。
【文檔編號】C21D6/00GK103451381SQ201310354958
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】向陽, 鄒貽軍, 劉海量, 楊剛, 堯宗友 申請人:成都市新筑路橋機械股份有限公司