本發(fā)明提供了一種超高強度鋼板的連續(xù)淬火方法，屬于冶金及材料領域，特別涉及超高強度、板形優(yōu)良的馬氏體帶鋼熱處理生產工藝方法。

背景技術：

鐵碳合金的相圖表明，任意含碳量的碳素鋼(以亞供析鋼為例)，在加熱和冷卻過程中的固態(tài)組織轉變的臨界溫度點，是由A1線(珠光體與奧氏體相互轉變)和A3線(鐵素體與奧氏體相互轉變)決定的。為了表示區(qū)分，通常用c表示加熱過程轉變點，r表示冷卻過程轉變點。Ac1是加熱時珠光體向奧氏體的轉變溫度，Ac3為冷卻時鐵素體完全溶入奧氏體的溫度。

淬火是指將鋼加熱至臨界溫度點Ac1或Ac3以上一定溫度，經(jīng)過保溫后，以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。

通常鋼板在淬火過程中經(jīng)常產生變形，甚至出現(xiàn)裂紋，這主要是由于鋼板的內應力造成的。內應力包括溫度驟降引起的熱應力和組織轉變產生的組織應力，鋼板的變形取決于二者的綜合作用。當內應力超過屈服強度時，將產生塑性變形；當淬火應力超過抗拉強度時，鋼板甚至出現(xiàn)裂紋。

劉宗昌(淬火開裂及防止方法，熱處理，2010年第4期)指出，由于熱應力和組織應力的疊加，鋼板淬火變形和開裂主要發(fā)生低溫馬氏體轉變過程中。這篇文獻實際上從理論層面上指出了，鋼材淬火過程中產生變形與開裂的溫度區(qū)域是低溫區(qū)，而非高溫區(qū)。

中國專利(CN 102534423 A)公開了一種1500MPa級別的超高強度鋼板制造方法，將奧氏體化后的鋼板直接水冷至室溫，隨即進行低溫回火處理。生產實踐表明，這種水冷淬火可以得到完全馬氏體組織，強度高，但由于淬火終點溫度無法控制，冷卻均勻性差，淬火后內應力顯著增加，鋼板通常變形嚴重。

中國專利(CN 1624170A)采用高壓氣體實現(xiàn)分級淬火的方法，該發(fā)明通 過調節(jié)氣體壓力的方法得到不同冷卻速率而實現(xiàn)分級淬火。這種采用氣體淬火可以實現(xiàn)溫度的精確控制，且工件變形小。但由于冷卻速率有限，理論上最高的工件強度小于1000MPa，另一方面由于需要使用高壓氣體，這無法在大規(guī)模的生產中應用，只適合小批量工件生產，因為大規(guī)模生產需要大流量連續(xù)供應的高壓氣體，這在技術上難以實現(xiàn)，且成本昂貴。

綜上所述，現(xiàn)有技術的共同缺點是不能實現(xiàn)帶鋼超高強度與變形小的良好結合。本發(fā)明的優(yōu)點是淬火過程中，實行分段冷卻。高溫段采用氣霧冷卻，冷卻速率快，還能精確控制冷卻速度和冷卻終點溫度；低溫段采用高速噴氣冷卻，冷卻均勻，使得馬氏體轉變過程中內應力小，進而變形小，而后回火處理后得到板形優(yōu)良的超高強度馬氏體帶鋼。

技術實現(xiàn)要素：

本專利的目的是發(fā)明一種生產超高強度鋼板的淬火生產方法。利用本發(fā)明介紹的淬火方法可以生產出超高強度、板形優(yōu)良的馬氏體帶鋼。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種對冷軋帶鋼進行連續(xù)淬火的方法，其包括如下步驟：

S1：將冷軋帶鋼加熱到鐵素體與奧氏體相互轉變的溫度以上30～50℃，保溫50～100s；

S2：將所述冷軋帶鋼冷卻至馬氏體轉變開始溫度和馬氏體轉變終止溫度之間的溫度；

S3：繼續(xù)將所述冷軋帶鋼冷卻至室溫，得到100％馬氏體組織；

S4：以20～50℃/s的速率快速加熱至回火溫度并進行回火處理，得到板形優(yōu)良的超高強馬氏體帶鋼。

作為優(yōu)選方案，步驟S1中的加熱速率為15～60℃/s。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中的冷卻方式采用氣霧冷卻的方式。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中的冷卻速率為100～200℃/s。

作為優(yōu)選方案，步驟S3中的冷卻方式為噴氣冷卻。

作為優(yōu)選方案，步驟S3中所述的冷卻速率為20～50℃/s。

作為優(yōu)選方案，所述回火處理的溫度為200～280℃。

本發(fā)明的原理在于：

鋼在連續(xù)冷卻過程中的組織轉變如圖1所示

圖中A表示奧氏體，P表示珠光體，F(xiàn)表示鐵素體，S表示索氏體，T表示屈氏體，M表示馬氏體。A1表示珠光體與奧氏體相互轉變溫度和A3表示鐵素體與奧氏體相互轉變溫度，Ms表示馬氏體轉變開始溫度，Mf表示馬氏體轉變終止溫度，

生產高強度鋼板(馬氏體)的所需的加熱條件和冷卻條件為:

1.先升溫至完全奧氏體狀態(tài)，加熱至A3溫度以上；

2.冷卻速度大于臨界冷速Vk；

3.最終冷卻溫度達到的溫度低于馬氏體轉變起始溫度Ms。

圖2和圖3分別是采用水淬方式和氣霧冷卻下鋼板的冷卻曲線，這兩種冷卻方式下都能實現(xiàn)冷卻速度大于臨界冷速Vk。在實際工業(yè)生產中，都是單獨使用水淬冷卻或者氣霧冷卻來生產高強度鋼板。

無論是水淬還是氣霧冷卻，均是兩相流冷卻，其冷卻曲線都呈現(xiàn)明顯的沸騰換熱的特征。鋼板從高溫到低溫，依次經(jīng)歷了A-B段的膜沸騰區(qū)，B-C段的過渡區(qū)，C-D段的核沸騰區(qū)，D-E單相對流換熱區(qū)。在B處對應最小的熱流密度，即Leidenforst點，在C處對應最大的熱流密度，即臨界熱流密度。

水淬與氣霧冷卻的共同點：

1)最大冷卻速度和最大冷卻熱流密度的不是發(fā)生在A-B膜沸騰段的高溫區(qū)，也不是D-E單相對流的低溫區(qū)，而是250～400℃之間的溫度區(qū)域，在這個區(qū)域會出現(xiàn)最大臨界熱流，即最大的冷速，鋼板的溫度下降速率最大，也是最容易導致冷卻不均勻，板形不良的溫度區(qū)域。因此單獨使用水淬或者氣霧冷卻，都有可能使鋼板直接冷卻到冷卻速率最大的區(qū)域，進行造成板形不良。

水淬與氣霧冷卻的不同點：

1)如圖4的實驗結果可知，二者熱流密度的水平不同，水淬的熱流密度要 明顯高于氣霧冷卻，水淬冷卻的熱流密度通常為氣霧冷卻的幾倍。

2)水淬的冷卻能力太強，無法控制其冷卻過程，即冷卻速率和冷卻終點溫度無法控制。同時由于其臨界熱流對應的臨界溫度較高，通常鋼板水淬時，無可避免地會經(jīng)歷冷卻速度最快的區(qū)域，即經(jīng)歷最大冷卻速度點，即C點，也是最容易發(fā)生形變的點。

3)氣霧冷卻的換熱能力低于水淬，但對馬氏體形成而言，換熱強度也已經(jīng)足夠，即冷卻速度大于形成馬氏體的臨界冷速。另一方面，氣霧冷卻具有水淬不具備的優(yōu)點，即可以通過調節(jié)氣水比，控制冷卻速率和冷卻終點溫度，使帶鋼在冷卻過程中不經(jīng)歷冷卻速率最大的區(qū)域。這樣可以避免以相變強化為主的超高強度鋼板，在淬火過程中由于冷卻速度快，冷卻終點溫度和均勻性控制困難等因素造成的板形不良問題。

因此，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：本發(fā)明提出的分級淬火冷卻方法可實現(xiàn)超高強度、變形小的帶鋼生產，減少后續(xù)板形平整量，降低生產成本。適用于水平布置或垂直布置連續(xù)退火生產線或周期性熱處理爐，同時也適用于其它需要高強度和變形小鋼板或工件的熱處理場合。

附圖說明

圖1為鋼在連續(xù)冷卻過程中的組織轉變圖；

圖2為鋼的水淬冷卻曲線；

圖3為鋼的氣霧冷卻曲線；

圖4為鋼的水淬和氣霧冷卻熱流密度對比；

圖5為本發(fā)明的熱處理工藝曲線。

具體實施方式

實施例1

將25MnTiB以加熱速度30℃/s加熱到850℃，保溫時間50s；采用氣霧冷卻至400℃，冷卻速率約為80℃/s；隨即高速噴氣冷卻至室溫，再加熱至200 ℃回火處理。經(jīng)淬火、回火處理后的鋼板屈服強度бs約為1250MPa，抗拉強度бb約為1450MPa，延伸率約為15％，板形良好。

實施例2

將20Cr以加熱速率50℃/s加熱到900℃，保溫80s；采用氣霧冷卻至420℃，冷卻速率約為60℃/s；隨即高速噴氣冷卻至室溫，再加熱至230℃回火處理。經(jīng)淬火、回火處理后的鋼板屈服強度бs約為1100MPa，抗拉強度бb約為1350MPa，延伸率約為12％，鋼板幾乎沒有變形。

實施例3

將25SiMn2MoV以加熱速率60℃/s加熱到900℃，保溫100s；采用氣霧冷卻至450℃，冷卻速率約為50℃/s；隨即高速噴氣冷卻至室溫，再加熱至250℃回火處理。經(jīng)淬火、回火處理后的工件屈服強度бs約為1300MPa，抗拉強度бb約為1500MPa，延伸率約為13％，工件變形小。

高強鋼產品已開始在家電、電器、汽車制造、船舶以及建筑等行業(yè)中逐步得到應用，隨著用戶需求的提高，對帶鋼的板形要求也越來越高。帶鋼熱處理生產中特別是高強度帶鋼的連續(xù)退火處理中，合適的熱處理工藝和帶鋼板形的好壞關系很大。

本發(fā)明提出的分級淬火冷卻方法可實現(xiàn)超高強度、變形小的帶鋼生產，減少后續(xù)板形平整量，降低生產成本。適用于水平布置或垂直布置連續(xù)退火生產線或周期性熱處理爐，同時也適用于其它需要高強度和變形小鋼板或工件的熱處理場合。

綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本發(fā)明的權利要求范圍內。