高大偉

（舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司，河南 舞鋼 462500）

07系列壓力容器鋼近年來被廣泛應(yīng)用于低裂紋敏感性壓力容器如球罐等壓力容器等的制造，是一種調(diào)制高強度鋼，主要用于盛裝氧氣、氮氣、丙烯以及乙烯物品。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，我國多數(shù)冶金企業(yè)都已先后在此類型鋼板的制造上成功有所突破，結(jié)束了我國長期需要向日本進口此類型鋼材的局面[1]。由于調(diào)制高強度鋼在進行交貨時往往都處于調(diào)質(zhì)狀態(tài)，并且這時的鋼板的諸多性能如強度、韌性以及塑性等都較為良好。實踐證明，調(diào)質(zhì)高強度鋼具備更加廣闊的應(yīng)用前景[2]。

本研究就是在此基礎(chǔ)上以07系列鋼為例，通過對實驗室熱軋后鋼板以及工業(yè)化生產(chǎn)鋼板的調(diào)質(zhì)熱處理工藝進行研究，最終分析得出最適宜的熱處理工藝參數(shù)，為我國熱處理鋼板的生產(chǎn)提供了初步理論依據(jù)。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

實驗所使用的材料主要為連鑄胚，其化學(xué)組成主要如下表1。

表1 07MnNiMoDR實驗鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

1.2 軋制和熱處理實驗

熱軋實驗使用的設(shè)備主要為Ф550mm×750mm軋機，并主要對其中兩個階段的軋制工藝進行控制，即奧氏體再結(jié)晶及未再結(jié)晶區(qū)，實驗參數(shù)詳見表2。

表2 模擬軋制工藝參數(shù)

表3 07MnNiMoDR熱處理工藝制度

實驗用鋼板的厚度分別為12mm以及38mm，其中12mm的鋼板在接受熱軋后不進行冷卻處理，而對于38mm鋼板，在熱軋后即進入控制冷卻工序。熱軋后厚度為12mm的鋼板繼續(xù)進行調(diào)質(zhì)熱處理工藝研究，此次熱處理工藝試驗在箱式電阻爐中進行。經(jīng)試驗測出實驗使用的鋼的相變點Ae3為854℃。

熱處理工藝結(jié)束后，則繼續(xù)使用淬火工藝，使用參數(shù)主要如下：淬火溫度為880℃～940℃，淬火保溫持續(xù)10min～30min，回火溫度設(shè)置為610℃～670℃之間，回火在爐內(nèi)的時間則主要根據(jù)鋼的厚度來決定，隨著鋼板厚度的增加，在爐時間也會相應(yīng)增加[3]。

1.3 工業(yè)化試制

根據(jù)熱處理實驗中得出的實驗鋼的臨界相變溫度854℃，再結(jié)合實驗室調(diào)質(zhì)熱處理工藝的相關(guān)研究以及試實際現(xiàn)場生產(chǎn)所需，最終對鋼板的淬火溫度范圍進行了確定，即為900℃～920℃，而回火溫度則控制在600℃～650℃之間，主要還是依據(jù)試驗鋼板的厚度來確定，同時以此為依據(jù)的還有實驗時的保溫時間[4]。實驗中相關(guān)參數(shù)控制主要見表3。

1.4 取樣檢驗

分別對熱軋狀態(tài)下、淬火狀態(tài)下以及回火狀態(tài)中的鋼板進行取樣，按照相應(yīng)的拉伸試驗法對實驗樣品的相關(guān)力學(xué)性能進行測試，同時輔助使用顯微鏡對試樣的組織進行進一步觀察與分析。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 軋制組織

通過顯微鏡可發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱軋后，厚度為12mm的鋼板組織主要為細小的F+P，此鋼板不冷卻；而38mm的鋼板的近表面組織在冷卻后則顯示為貝氏體，可采取熱處理工藝。

2.2 實驗鋼淬火工藝研究

首先將淬火溫度控制在較低的狀態(tài)，之后不斷提高此溫度，可發(fā)現(xiàn)隨著溫度的提升，實驗鋼的強度也得到了相應(yīng)的提升，但是當(dāng)?shù)竭_920℃時，實驗鋼的強度也達到了頂峰，之后再繼續(xù)增加溫度，實驗剛強度卻呈現(xiàn)出了部分下降的態(tài)勢。

對此溫度進行保溫后開始進行拉伸試驗，可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度持續(xù)至10min時可表現(xiàn)出最佳的拉伸效果[5]。

實驗后可發(fā)現(xiàn)，在淬火過程中，實驗鋼的近表面組織主要為馬氏體+貝氏體，在溫度衛(wèi)880℃時，淬火組織中可發(fā)現(xiàn)部分共析鐵素體，當(dāng)溫度升至940℃是，可發(fā)現(xiàn)淬火租住的晶體的尺寸變得更大了，也因此導(dǎo)致實驗鋼的強度有所下降。

綜上考慮，根據(jù)對實驗鋼強度以及伸展性的要求，淬火溫度應(yīng)適宜控制在900℃～920℃之間，保溫時間則應(yīng)在10min～20min之間為宜。

圖1 回火溫度對拉伸性能的影響

表4 工業(yè)化試制熱處理實驗數(shù)據(jù)

2.3 實驗鋼回火工藝研究

對經(jīng)淬火實驗后的實驗鋼試樣繼續(xù)進行回火工藝研究，淬火溫度及時間設(shè)置為900℃以及10min，回火工藝中不同溫度對實驗鋼性能的具體影響詳見圖1。

從上圖中可看出，隨著回火溫度的提升，實驗鋼的溫度在逐步下降。綜合分析后可發(fā)現(xiàn)，最適宜的回火溫度應(yīng)當(dāng)控制在610℃～650℃之間，回火工藝的時間則需要依據(jù)實驗樣品的厚度來決定，通常厚度越大，實驗時間也會有所增加。對回火工藝后的實驗鋼組織進行觀察后發(fā)現(xiàn)，近表面組織主要為回火索氏體[6，7]。

2.4 工業(yè)化試制熱處理工藝研究

綜合前期調(diào)研以及實驗室所進行的研究，在得出相應(yīng)結(jié)果的基礎(chǔ)上繼續(xù)采取工業(yè)化試制。試制時使用的鋼板厚度分別為12mm、38mm以及50mm。對鋼板進行熱處理后，實驗鋼的相關(guān)性能詳見表4。

處理過后，分別對實驗鋼板的不同位置使用顯微鏡進行觀察，對于較厚的鋼板如38mm以及50mm的實驗鋼測試的部位則主要在鋼板厚度的中間處[8，9]。

通過觀察后可發(fā)展，12mm的鋼板經(jīng)試制處理后，其組織主要為回火索氏體。而其余兩種較厚的鋼板的組織則都主要為細小的貝氏體，且組織分布均勻，晶粒度在9級～11級之間。

3 結(jié)論

綜合以上實驗數(shù)據(jù)可知，熱軋?zhí)幚砗蟮膶嶒炰?，再進行淬火實驗時，溫度以及保溫時間可極大地影響07MnNiMoDR鋼的強度。

在本研究中所使用的溫度以及保溫時間都能確保實驗鋼的強度可滿足生產(chǎn)及使用的需求。

但是綜合來看，處于兩相位區(qū)間之間的溫度可使實驗07MnNiMoDR鋼獲得較高的強度，且其綜合性能也較好。因此綜合分析后，可得出淬火溫度應(yīng)控制在為900℃～920℃之間，保溫時間控制在10min～20min之內(nèi)。而對于此實驗鋼，進行回火試驗時，需將溫度控制在610℃～650℃之間，且回火后，實驗鋼的進表組織主要為回火索氏體。

而經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)熱處理后的實驗鋼，其淬火溫度同樣應(yīng)當(dāng)控制在900℃～920℃，回火溫度則需要依據(jù)實驗鋼的實際厚度來決定，通常也需要控制在600℃～650℃之間。試驗后經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)熱處理工藝后的實驗鋼的相關(guān)性能均符合相關(guān)的生產(chǎn)要求以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可投入生產(chǎn)使用。

在本次研究中，測試時對試樣的強度、拉伸性以及延展性等性能的測試都是按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取樣自鋼板厚度的中心位置處，而并未將其中心部位與表面之間的性能差別考慮在內(nèi)。

而由于實驗鋼表面的性能往往都優(yōu)于中心部位，因此本次研究或存在少許誤差。此外，在本次實驗中只研究了淬火以及回火試驗對于實驗鋼性能的影響，而并未考慮到實驗鋼中的其他合金元素在實驗中發(fā)生的變化以及產(chǎn)生的影響，這也給今后的相關(guān)試驗提供了較為明確的研究方向，并亟待學(xué)者們?nèi)ミM行探討。