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(产品管理)调质工艺在中
厚板产品开发方面的应用
探讨:.
调质工艺于中厚板产品开发方面的应用探讨
李梅广
(济南钢铁股份XX250101)公司技术中心,山东济南
摘要:中厚板进行调质处理的钢种有高强钢、压力容器和锅炉用钢、耐磨钢及油
罐钢等,影响钢板淬火质量的关键因素是加热温度,保温时间,冷却条件,钢板
头部、尾部和板角质量,喷淋水等。济钢应充分发挥新上调质线的作用,开发高
强度结构钢、压力容器钢、低合金结构钢和耐磨耐候钢,增强济钢于高端产品上
的国际竞争力。
关键词:中厚板;调质钢;调质处理;淬火工艺
中图分类号:-4620(2007)06-0029-03文章编号:文献标识码:
DiscussionaboutApplicationofQuenchingandTemperingTechnologyinProductE
xploitationofMediumPlate
LIMei-guang
(TheTechnologyCenterofJinanIronandSteelCo.,Ltd.,Jinan250101,China)
Abstract:Mediumplatesteeltypesneedingquenching-and-temperingincludehi
ghtensilesteel,pressurevesselsteel,boilersteel,wearresistantsteelando

platesareheatingtemperature,holdingtime,coolingconditions,thehead,tai
landangleofplate,:.
quenchingandtemperingproductionlinethatwasequipped,develophightensile
structuralsteel,pressurevesselsteel,low-alloystructuralsteelandwear-r
esistantandatmospherecorrosionresistingsteelforenhancingJinansteel’s
internationalcompetitivepowerinhigh-endproducts.
Keywords:mediumplate;hardenedandtemperedsteel;quenchingandtempering;q
uenching
1前言
目前,为提高中厚板的综合力学性能,普遍于冶炼方面采取精炼及微合金化措施,
于轧钢方面采取控轧控冷(TMCP)工艺等,且已经起到节能降耗、提高生产率的
效果。可是,均存于壹定程度的不足。比如:TMCP处理的钢板性能离散度较大,
而且壹些钢种要求很苛刻的临界轧制。上述工艺目前仍不能于强度、韧性,特别
于平坦度指标上达到令人满意的结果。因此,再要提高质量及强度级别,获得优
异综合性能的钢板,如壹些高强度、高韧性、易焊接等高级别钢板,尤其是要求
性能均匀性比较高的锅炉压力容器钢板、桥梁钢板、高层建筑钢板、Z向钢板等,
传统的离线热处理方式仍然是难以替代的。总体来讲,热处理工艺水平的高低是
钢铁企业先进技术的标志之壹,要达到世界壹流的水平,提高产品的附加值,热
处理是应充分利用的重要工艺。因此,济钢作为壹个定位于以生产高性能品种钢
为主的国内最大的中厚板生产基地,建设壹条现代化的中厚板热处理生产线是必
由之路。:.
中厚钢板热处理的方式主要有正火、调质(淬火+高温回火)、正火+控冷、正火+
回火、回火、退火、直接淬火(DQ)、直接淬火+回火等。其中,用量最大的是经
正火处理的板材,包括正火+回火,约占所有热处理产品的70%左右;其次是经
调质处理的板材,约占15%;其它如回火等占15%[1]。
2中厚板调质处理产品简介
壹般****惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于
各种重要的结构零件,特别是那些于交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类
等。调质处理后得到回火索氏体组织,其机械性能均比相同硬度的正火索氏体组
织优良。硬度取决于高温回火温度且和钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关,壹
般于HB200~350之间。
调质钢的应用范围很广,建筑、桥梁、引水工程、钻井平台、石油化工、水火核
电、船舶、工程机械等对钢板要求较高的产业中需要应用经过调质处理的钢板。
涉及高强钢、锅炉压力容器钢、耐磨钢、厚壁结构钢、船体结构钢、耐腐蚀钢等
钢种。

近几年来,钢铁工业中发展最迅速、最有活力的钢种是低合金高强度钢(HSLA),
于桥梁、建筑、船舶、高压容器、管材及管线、工程机械及车辆等方面的广泛应
用,逐渐使高强度低合金钢具有了如下突出特征:1)较高的屈服强度;2)良好
的焊接性;3)高的断裂韧性以及低的韧脆转变温度;4)良好的冷成型性,特别
是弯曲以及于板厚方向上的塑韧性能;5)良好的热加工性能。:.
虽然,用TMCP700~800MPa等工艺已经成功开发出的高强钢,但调质型高强钢
因其好的均匀性等优势仍然占据着主流市场。于调质线的应用上,如美标的
A709/A709-03aA514DINEN10083高强低合金;高强调质钢系列;德标的系列等
均必须进行调质处理。世界各国高强钢标准中以调质状态交货的占据了壹半之上。
、锅炉用钢
近年来我国生产的压力容器钢于强度、韧性及耐压性上有很大提高,但焊接性能、
耐腐蚀性能和先进国家的品种相比,仍有壹定差距。由于锅炉是壹种具有潜于危
险性的特殊设备,所以对钢板的质量要求非常严格,多年来用户对锅炉板的质量
异议较多,从壹个侧面反映了锅炉板质量存于的问题。因调质钢具有高均匀性和
稳定性等,从2005年开始,不少用户希望能提供调质型的压力容器钢,这对我
国不少中厚板厂来说又是壹个新的挑战。于世界各国标准中,因压力容器、锅炉
用钢的特殊性,于这方面要求调质状态交货的也非常多。如中国的GB19189-2003
压力容器用高强度调质钢,美标的A517/A517M-93压力容器用合金高强钢等均要
求调质状态交货。于世界各国压力容器用钢标准中,要求调质状态交货的更是占
了大多数。

随着煤炭、工程机械等装备制造业的发展,耐磨专用钢的需求量越来越大。当前
生产耐磨钢板的著名厂家有:瑞典SSABHardox奥克隆德工厂生产的系列,硬度
有HB400HB500。仍有德国迪林根的400V500V。再就是日本的JFE-EH360、和和
EH400EH500。国内生产的主要厂家有舞钢、鞍钢、武钢等几个厂家,质量优和:.
良的是舞阳的NM360A/BNM400A/B。上述钢种采用的均是淬火和低温回火相结和
合,总之均需要淬火线来处理。

目前,我国大规模建造的10~15m3490MPa,抗拉的储罐,主要选用屈服强度万
强度610MPa610MPa的大线能量焊接高强度调质板。级能够建造的储罐容积最大
。我国将建造2030m3610MPa万或万石油储罐,钢已不能满足要求,
需要强度级别更高的690MPa780MPa大线能量焊接高强度调质板。日本已经开或
发成功此类钢,且有应用实例,目前我国的几家大钢厂正于进行此类钢种的开发。
为了降低材料成本,油罐用钢量主要采用高强度调质板。如用屈服强度490MPa
制造储罐,壁厚能够减薄的大线能量焊接钢替代屈服强度350MPa16MnR25%~的
30%。为了降低制造成本,主要通过提高焊接效率,如储罐底层焊接时于焊缝中
添加铁粉或碎焊丝,壁部施工中主要采用大线能量的气电立焊和埋弧焊横焊工艺。
因此,石油储罐用高强度钢力学性能指标应满足如下要求:高屈服和抗拉强度、
高韧性、高均匀性和稳定性等。所以壹般采用调质钢。世界各国经国家权威部门
认证能够用于油罐钢生产的钢种见表1。
表1石油储罐建设的钢种生产企业及工艺
钢种名称或牌号,生产企业
JFE-HITEN610E,JFE钢铁株式会社
WT-610EQ,NT-490EQ,N-TUF490,
WEL-TEN610SCF,WEL-TEN610CF,新日本制铁株式会社
NK-HITEN610U2L(低温用);:.
NK-HITEN610U2;RiverAce610L(低温用),JFE钢铁株式会社
SUMITEN610F-LT;SUMITEN610F,日本住友金属工业株式会社
12MnNiVR,舞阳钢铁有限责任公司调质高强度板
大线能量焊接用WH610D2,武汉钢铁(集团)公司钢板
07MnCrMoVR,鞍山钢铁公司
JGR610E,济南钢铁集团公司
B610E,宝山钢铁集团公司
由表1JFE能够见出:上述钢种的生产除济钢、和新日铁的薄规格等产品是于线
淬火调质外,其它的基本均是传统的离线调质。因此调质线于生产油罐钢等高端
产品方面能够大有作为。

%~%的中碳碳结钢和合金结构钢。壹般于调质状态
下使用,常用钢号有:30、35、40、45、50号钢用于制造螺母、螺栓及各类轴;
30Mn、40Mn、45Mn、35Mn2、45Mn2制造重要螺母、螺栓、支重轮轴和导向轮轴;
30Cr、40Cr、45Cr35CrMo、42CrMo制造转向齿轮轴、传动齿轮等。制造重型汽
车曲轴及连杆,其中40Cr钢应用最广泛。另外,国外标准中,如日标的
JISG4105-1979铬钼钢等,很多均要求必须调质。调质处理线能够于开发合金钢
和碳素钢方面发挥主导作用。
除了上述钢种外,仍有船舰、耐腐蚀等方面用钢有壹些也需调质。
3影响钢板淬火质量的关键因素分析:.
调质工艺主要包括淬火和回火,其中淬火是最容易出现问题的环节,如淬火裂纹,
板形不好等。

实践证明,钢板的淬火加热温度不是壹个固定不变的参数,壹般来说,需根据钢
的临界点来确定。亚共析钢采用Ac3+(30~50℃),过共析钢采用Ac1+(30~
50℃)。这个选择方法称淬火加热温度选择原则。亚温淬火是亚共析钢于略低于
Ac3(5~10)℃的温度下奥氏体化后淬火,可提高钢的韧性,降低脆性转变温度,
且可消除回火脆性。其淬火加热温度应接近Ac3,以免出现过多铁素体而影响钢
的强度。同时,由于淬火温度的降低,钢的淬裂倾向大大减小。对于低碳钢及中
碳钢,可适当提高淬火加热温度,以便淬火后获得较多的板条状马氏体或使全部
马氏体呈板条状,使它们的韧性显著提高。对于高碳工具钢,易采用低温淬火工
艺,这有助于减少变形开裂,仍可提高韧性,减少折断和崩刃,延长使用寿命。

保温时间是指于热处理时,钢板热透或保证组织转变基本完成所需的时间。确定
淬火温度下的保温时间,需考虑钢板的厚度、钢板于炉内的排布方式、是否预热、
钢板的化学成分等诸多因素。壹般来说,高合金钢、高速钢、高合金模具钢的淬
火加热保温时间要适当延长,以保证碳化物的溶解和奥氏体化。其中高合金铬钢
需要保温的时间最长。
:.
淬火冷却是决定淬火效果的重要环节。要确保淬火获得全部马氏体组织,其冷却
速度必须大于临界冷却速度。钢的临界冷却速度也是成分的函数,对于实际钢板
仍受截面大小的影响,要全面考虑。
钢的临界冷却速度和成分之间的经验公式为[2]:
lgv(℃/h)=-(++++)+,
其中PA为奥氏体参数(加热温度和时间之积)。
适用成分:%<C<%,Si<1%,Mn≤2%,Ni≤4%,Cr≤3%,Mo≤1%,V<
%,Cu<%,Mn+Ni+Mo≤5%。
之上公式仅适用于截面较小的钢板。因为淬火冷却质量效应的影响,钢板截面增
大,蓄热量相应增多,同样条件下冷却速度也就随之下降。所以,必须了解工件
截面大小对冷却速度的影响程度。

传送过程中,钢板的下表面要比上表面冷却得快,这是由于于使用辊子对钢板进
行输送时,热量会从钢板的底部传递到和之相接触的辊子上。于钢板被传送到淬
火中心位置的过程中,钢板头部要比其尾部经过更多的辊子,这就使得钢板头部
要比尾部冷却得快。另外,钢板被定位到具有相对较小面积的辊子上后,热量就
会从钢板的底部传递到这些辊子上,而钢板上表面不会发生这样的热传递。因此,
钢板的下表面要比其上表面冷却得快。
:.
淬火过程中,水被喷射到钢板的下表面上后迅速落下,但同时喷到钢板上表面的
水流到钢板边部后才流走。钢板上、下表面水流情况的不同意味着钢板下表面形
成的水蒸汽膜比钢板上表面形成的水蒸汽膜破裂得早且频繁。所以,于喷淋水同
时喷淋到钢板上、下表面时,下表面冷却较快。另外,钢板上表面水流情况改变
了纵向及横向的热传递速度,且因此而改变了冷却速度。

钢板从炉子传送到淬火区时,由于钢板的尾部于炉内停留的时间更长。所以,对
于长板,容易造成头部和尾部冷却不均匀。
钢板的角部冷却得最快,其次是板边,最后是钢板中心。考虑到钢板的瓢曲、平
直度和硬度这些不利因素,会产生下列影响:钢板的下表面要比其上表面冷却得
快,这就导致了下表面更为剧烈的膨胀(膨胀是由于马氏体形成引起的)。因此
钢板变得凹陷,形成盘状。钢板边缘比其中心冷却得快,换句话说,钢板边缘给
中心施加压力。壹旦钢板中心形成马氏体,膨胀就会导致波浪。由于钢板头部的
淬火温度低,所以其头部的硬度要比尾部低。由于钢板中心淬火温度较高,所以
钢板中心硬度也较高[3]。
4结束语
济钢200620071#和3#热处理炉,已经成为济钢厚板厂生产和年相继投产的
高附加值产品的关键设备。随着2008年济钢世界壹流调质线的投产,将使济钢
的产品档次和质量得到大幅提升,极大增强济钢于高端产品上的国际竞争力,产:.
品品种包括高强度结构钢、压力容器钢、低合金结构钢和耐磨耐候钢等,可向我
国国防军工、航空航天、油气管线等重点领域输送高品质材料。
调质钢的生产工艺复杂,是反映壹个企业技术管理水平的重要标志。同时,调质
钢市场特别是高端市场被鞍钢、武钢、舞钢等少数几家企业垄断,潜力巨大,利
润可观。济钢应该充分利用现有的设备和技术优势于调质钢领域铸造济钢特色品
牌。这必将大幅提高济钢核心竞争力,加速济钢迈入中国钢铁业第壹梯队的步伐。
参考文献:
[1][J].山东冶金,2006,28(3):
12.
[2]'76[M].London;.
[3]-hardeningofbigacreagesteel[J].MPTInternational,2001
,(1):28.