一种增强超高强度钢冲击功的热处理方法
阅读说明：本技术 一种增强超高强度钢冲击功的热处理方法 (Heat treatment method for enhancing impact energy of ultrahigh-strength steel ) 是由 陈晓华 于惠雯 王自东 杨明 王艳林 陈凯旋 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：一种提高原位纳米颗粒增强超高强度钢冲击功的热处理方法,属于金属材料领域.热处理步骤为:1、将热轧后的钢板置于热处理炉中进行保温,炉温800-900℃,保温10-40分钟,取出钢板水冷至室温。2、将钢板置于热处理炉中进行保温,炉温350-600℃,保温1-3小时,取出钢板油冷至室温。3、将钢板置于热处理炉中进行保温,炉温200-300℃,保温1-3小时,取出钢板空冷至室温。本发明针对原位纳米颗粒增强超高强度钢,在不改变合金成分和熔炼工艺的基础上,发明了新的热处理方法,相较于传统的淬火+回火的热处理方法,提高了原位纳米颗粒增强超高强度钢的冲击功。(A heat treatment method for improving the impact energy of in-situ nano-particle reinforced ultrahigh-strength steel belongs to the field of metal materials and comprises the following steps of 1, placing a hot-rolled steel plate in a heat treatment furnace for heat preservation, keeping the furnace temperature at 800-900 ℃ for 10-40 minutes, taking out the steel plate, and cooling to room temperature by water. 2. And (3) placing the steel plate in a heat treatment furnace for heat preservation, keeping the temperature for 1-3 hours at the furnace temperature of 350-600 ℃, and taking out the steel plate oil for cooling to room temperature. 3. And (3) placing the steel plate in a heat treatment furnace for heat preservation, wherein the furnace temperature is 200-300 ℃, preserving the heat for 1-3 hours, taking out the steel plate and air-cooling to room temperature. Aiming at the in-situ nano-particle reinforced ultrahigh-strength steel, the invention invents a new heat treatment method on the basis of not changing alloy components and a smelting process, and improves the impact energy of the in-situ nano-particle reinforced ultrahigh-strength steel compared with the traditional heat treatment method of quenching and tempering.)
技术领域
：本发明涉及一种提高海洋工程用原位纳米颗粒增强超高强度钢冲击功的热处理方法。具体地说，是将热轧态的原位纳米颗粒增强超高强度钢进行三阶段热处理，从而进一步提高其冲击功的方法。
背景技术
近年来，随着国内外对海洋资源开发力度的不断加强，对海洋工程用钢的强度、低温冲击性能等也提出了越来越高的要求。传统的海洋工程用钢的制备思路主要采用高碳高合金+调质处理，这一技术路线能基本满足海洋工程用钢的要求，但是也存在焊接性差等问题。同时，焊接时的前热、后热也增加了工序和成本。
为了解决上述问题，美国开发了高强韧、易焊接纳米富Cu相强化HSLA钢。大幅降碳降合金，利用时效过程中析出的Cu纳米相起到析出强化作用，弥补碳含量下降引起的强度损失，同时又不会大量损失其塑韧性。但是Cu纳米强化钢存在热稳定性差等问题，罗小兵等人[罗小兵，杨才福，苏航，柴锋.时效温度对HSLA高强船体钢组织和性能的影响，材料热处理学报，2011，32(6)]通过研究发现，随着时效温度的升高，Cu的析出相较欠时效状态下明显长大，其形态由球状转变为短棒状或杆状，与基体失去了共格关系，恶化钢板性能。
王自东等人[王自东，汤浩，陈晓华，曾新建.一种制备原位纳米颗粒强化Q195钢的方法：中国，201310409451.6.2016-04-27.]应用原位纳米颗粒强化的方法制备了Q195钢，在熔炼和浇注的过程中，加入Fe-Ti合金丝，在容器中施加压力形成压力场，熔体中施加离心力或电磁搅拌，形成纳米强化的钢合金。经检测组织中原位析出大量弥散分布的纳米第二相，对比原Q195钢，纳米强化钢板的强度得到很大的提升，且其塑韧性并没有损失很大。陈晓华等人[Xiaohua Chen,Lili Qiu,Hao Tang,Xiang Luo,Longfei Zuo,ZidongWang.Effect of nanoparticles formed in liquid melt on microstructure andmechanical property of high strength naval steel,Journal of MaterialsProcessing Technology,2015]详细探究了相同成分下采用传统方式熔炼的A钢和在熔炼中喂入钛丝形成原位纳米相的B钢在力学性能等方面的差异，发现B钢屈服强度可达到940MPa，同时塑韧性并没有太大损失。原位纳米相在凝固过程中起到细化晶粒、作为异质形核核心细化夹杂的作用，大大提升了钢板的性能。王自东等人[王自东，石荣建，庞晓露，乔利杰，陈晓华，王磊.一种高强韧钢及其制备方法：中国，201810891265.3.2018-12-14.]发明了一种高强韧钢及其制备方法，所述高强钢的化学成分重量百分比为：C：0.01～0.1wt.％、Si≤0.15wt.％、Mn：1.0～2.0wt.％、P≤0.02wt.％、S≤0.005wt.％、Ni：4.0～5.0wt.％、Cr：0.2～1.0wt.％、Mo：0.4～1.0wt.％、V：0.02～0.08wt.％、Nb：0.02～0.10wt.％、Al：0.02～0.1wt.％、Ti：0.005～0.05wt.％，余量为Fe。在熔体中采用区域微量供给的方式喂入细的合金铰丝，形成原位纳米颗粒，提高钢的强度而不损害其塑韧性。
除了研发新钢种，改善热处理工艺也成为提高钢板韧性的一种方法。专利CN102978351A[大连经济技术开发区圣洁真空技术开发有限公司.一种提高钢板韧性的热处理方法:中国，201210491088.3.2012-11-27]发明了一种提高钢板韧性的热处理方法，钢板经预热-高温淬火-保温，随炉降温然后空冷到室温的步骤热处理后，韧性提高。专利CN103667614 A[常熟市永达化工设备厂.提高钢板韧性的热处理方法:中国，201310653998.02013-12-09]发明了一种提高钢板韧性的热处理方法，钢板经预热-高温淬火，将淬火油和钢板同时放在空气中冷却-多步保温-随炉冷却的步骤热处理后，韧性提高。专利CN107868865 A[孙超.提高钢板韧性的热处理方法:中国，201710996039.7 2017-10-23]发明了一种提高钢板韧性的热处理方法，钢板锻后经两次预热-固溶处理-冷却的步骤热处理后，韧性提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高海洋工程用原位纳米颗粒增强超高强度钢冲击功的热处理方法，针对原位纳米颗粒增强超高强度钢，在不改变合金成分和工艺的基础上，发明了新的热处理方法，相较于传统的淬火+回火的热处理方法，新的热处理方法提高了原位纳米颗粒增强超高强度钢的冲击功。
原位纳米颗粒增强超高强度钢的合金化学成分(质量百分比)为：C：0.06～0.09％，Si：0～0.1％，Mn：0～0.15％，Ni：9.0～11.0％，Cr：1.5～2.0％，Mo：0.8～1.0％，V：0.03～0.04％，Ti：0.006～0.010％，Al：0.06～0.08％，Nb：0.06～0.08％，Co：7.0～8.0％。
一种提高海洋工程用原位纳米颗粒增强超高强度钢冲击功的热处理方法，其特征在于，原材料经熔炼-轧制后制成原位纳米颗粒增强超高强度钢钢板，取适当尺寸进行热处理，具体工艺过程为：
(1)将热轧后的钢板置于热处理炉中进行保温，炉温800-900℃，保温10-40分钟，取出钢板水冷至室温；
(2)将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温350-600℃，保温1-3小时，取出钢板油冷至室温；
(3)将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温200-300℃，保温1-3小时，取出钢板空冷至室温。
本发明的第一步热处理工艺为淬火。第二步工艺为回火后油冷，相较于回火后空冷的热处理工艺，油冷提高了冷却速度，减少了钢材在高温区的停留时间，一方面有利于细化碳化物和氮化物颗粒，另一方面可以在一定程度上抑制回火脆性，从而提高钢材的冲击功。钢经淬火后，随着回火温度的升高，其冲击韧性不是单调地降低或升高，而是可能出现两个马鞍形。回火时这种韧性下降的现象称为回火脆性。1948年，McLean提出平衡偏聚理论，指出锑、磷等元素的偏聚会削弱晶界，使晶界的断裂强度降低。杂质原子在晶界的偏聚是由于能够降低畸变能(与杂质原子分布在晶内相比较)，即杂质在晶界的偏聚是一个向平衡状态过渡的自发过程。因此，回火后的冷却速度对脆性有巨大影响。在高温回火后快冷可以在一定程度上抑制回火脆性，从而提高钢材的冲击功。本发明的第三步工艺为低温回火，消除材料残余应力。
本发明优点是：
针对原位纳米颗粒增强超高强度钢，在不改变合金成分和熔炼工艺的基础上，发明了新的热处理方法，相较于传统的淬火+回火的热处理工艺，钢板冲击功提高。
具体实施方式
：
下面通过示范性实施例详细描述本发明。需指出的是，本领域的技术人员很容易理解，以下实施例仅为以举例方式给出的关于本发明的方法的一些示范性实施例，并不意味着对本发明进行任何限制。
实施例1：
(1)合金化学成份(质量百分比)：C：0.09％，Si：0.1％，Mn：0.15％，Ni：10.8％，Cr：1.7％，Mo：0.9％，V：0.04％，Ti：0.010％，Al：0.06％，Nb：0.07％，Co：7.0％；
(2)原材料经熔炼-轧制后制成11mm厚的原位纳米颗粒增强超高强度钢钢板，取相同尺寸钢板A、B分别进行热处理；
(3)钢板A的热处理工艺为：将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温840℃，保温30分钟，取出钢板水冷至室温；将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温550℃，保温2小时，取出钢板空冷至室温；
(4)钢板B的热处理工艺为：将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温840℃，保温30分钟，取出钢板水冷至室温；将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温550℃，保温2小时，取出钢板油冷至室温；将钢板置于热处理炉中进行保温，炉温250℃，保温2小时，取出钢板空冷至室温。
(5)对热处理后的钢板A、B分别进行室温拉伸和-20℃冲击试验，结果表明二者强度相差几到十几MPa，钢板B的-20℃冲击功比钢板A提高了17J，结果如表1所示：
表1
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