用直接淬火+在線回火工藝開發(fā)高強度鋼

近幾十年來，控制軋制和控制冷卻技術因顯示出開發(fā)高性能鋼板的巨大潛力而獲得快速發(fā)展。隨著加速冷卻裝置的應用和開發(fā)，在線冷卻速度大大提高;通過與微合金化相結合，在細化組織，提高鋼板強韌性綜合性能，優(yōu)化鋼板焊接性能方面，取得了明顯效果。由此，出現了在線直接淬火技術。

直接淬火技術最早是1998年在日本鋼鐵企業(yè)獲得應用的。該項技術被應用于熱帶鋼連軋和型鋼的生產。為了要使帶鋼在以70km/h速度運動的情況下，獲得700℃/s的極高冷卻速度，冷卻裝置必須提供很強的水流和水壓，以消除鋼板因表面形成水膜而造成的膜狀沸騰，達到核狀沸騰的狀態(tài)。核狀沸騰可使冷卻水和鋼板直接接觸，更有效地進行熱交換。傳統(tǒng)的冷卻裝備是向鋼板表面噴水，這容易造成鋼板表面水側向流動，導致鋼板不同部位冷卻速度難以均衡，而新型冷卻裝置在很大程度上改善了冷卻不均勻的問題。韓國的鋼鐵企業(yè)采用了多功能間歇式噴射型冷卻系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以使鋼板以很高的冷卻速率冷卻，同時又保證鋼板各點在冷卻過程中溫度差很小，從而為實現在線淬火創(chuàng)造了條件。近幾年，國外一些大鋼鐵企業(yè)已經建立起直接淬火生產線，如芬蘭在2006年秋建成直接淬火生產線，并于2007年夏投入商業(yè)化生產。我國寶鋼也采用直接淬火工藝結合低碳微合金成分設計，試制出屈服強度在800MPa以上、抗拉強度在950MPa以上、-40℃沖擊功超過90J的40mm厚鋼板;他們在厚板試驗機組上還試制成功了屈服強度達960MPa級、抗拉強度達1100MPa級的超高強鋼。

直接淬火技術之所以能夠大幅度提高材料強度與韌性的綜合性能，源于直接淬火所得到的高冷卻速度。在快冷條件下，貝氏體相變的形核驅動力大，形核位置多，同時由于在快冷條件下碳原子的擴散能力急劇降低，貝氏體鐵素體板條的長大能力受到抑制，所以最終形成超細化的貝氏體板條和馬奧組元。顯微組織檢測證明，所獲鋼材的微觀組織為厚度小于1微米的貝氏體板條和沿板條界面分布的馬奧組元;板條內部呈亞板條結構及高密度位錯。正是這種精細貝氏體板條和馬奧組元的結合以及板條內的高密度位錯，使得鋼板獲得匹配優(yōu)良的強韌性。

寶鋼在這個基礎上，進一步研究了在線回火工藝。這種回火工藝可以進行淬火后直接回火，有效利用直接淬火后的鋼板預熱，同時能夠縮短熱處理周期。傳統(tǒng)加熱爐的典型加熱速度為0.1~0.3℃/s，而在直接淬火加在線回火工藝中，鋼板回火加熱速率為2~20℃/s，比傳統(tǒng)加熱爐高出1到2個數量級。這樣，就可避免傳統(tǒng)加熱爐回火處理所造成的滲碳體顆粒粗大，從而形成細小彌散的滲碳體，并使富碳殘余奧氏體在鋼板冷卻過程中轉變?yōu)轳R奧組元。因此，直接淬火+在線回火技術有望成為一種生產周期短、效率高的高強鋼生產方法。