本發明屬于金屬板帶熱處理技術領域，具體涉及一種在低碳馬氏體鋼板表層獲得細晶奧氏體組織的熱處理工藝方法。

　　背景技術：

　　隨著高性能金屬材料使用范圍及應用領域的不斷擴大，對其中中厚板產品的綜合性能及使用性能均提出了更高的要求。除了滿足對鋼板基本力學性能指標的基礎上，對其表層的止裂性能、耐磨性能及低溫韌性等均提出了明確要求。這里，對于鋼鐵材料來說，組織細化是能夠同時提高其強度與韌性的重要方法，在細化組織的同時，其他使用性能均會有所改善。針對上述特殊性能要求，采用已有的表層超細晶機制，例如鐵素體的動態回復和再結晶、升溫過程中由過冷奧氏體析出的大量鐵素體及應變誘導鐵素體相變等，可以獲得性能優良的中厚板產品。然而，由于目前實現表層超細晶的調控手段主要集中在控軋和控冷工藝方面，僅能適用于部分中厚板產品，而對于大部分產品，特別是對以熱處理狀態交貨的中厚板產品來說，必然無法滿足表層超細晶的工藝處理要求，需要尋求一種適合熱處理工藝條件下的可行工藝路線，以實現對中厚板產品表層細晶組織的調控。

　　中國專利文獻cn100595292c公開了一種在金屬材料表層實現超細晶粒組織結構的高速加工方法，采用高速塑性變形的機械處理方法，使金屬材料表層形成亞微米或納米晶粒。隨著距離處理表面深度的增加，微觀結構尺寸呈梯度變化。該專利涉及為利用刀具與產品表面發生高速機械運動，對工件表面進行低溫多次變形處理，其對應加工處理溫度為-196℃至100℃，因此，從應用領域及具體工藝條件來看，該方法無法應用到表層細晶的中厚板產品。

　　中國專利文獻cn101906519a、cn102828116a、cn103572023b及cn106676240b分別公開了一種低屈強比表層超細晶低碳鋼厚板的制造方法、一種基于tmcp工藝的表層超細晶高強度鋼板及其制造方法、一種低合金鋼厚板/特厚板表層超細晶的制造方法及一種表層超細晶鐵素體低合金鋼厚板的制備方法。為了最終獲得表層細晶組織，上述幾個專利均聚焦于調控中間坯冷卻路徑，即首先將中間坯表層進行冷卻處理，然后經過返溫后進行第二階段軋制，實現組織的正相變與逆相變過程，進而實現表層組織細化的目的。根據所選鋼種的區別，其具體中間坯表層冷卻終止溫度及返溫溫度有所差異，均屬于金屬板帶軋制與冷卻工藝領域，而且，如果選取這種工藝控制策略獲得的鋼板，經離線淬火工藝處理后，其表層細晶組織重新加熱至奧氏體化后將無法遺傳給淬火組織，因此，該方法無法直接應用到熱處理工藝下鋼板表層細晶組織的調控工藝上。

　　綜上所述，目前，對于中厚板產品來說，暫未涉及熱處理條件下鋼板表層細晶組織結構的調控工藝。在滿足高端熱處理產品需求的同時，需要開發一種基于熱處理工藝條件下獲得鋼板表層細晶組織的調控工藝，使產品兼具止裂性能、耐磨性能及低溫韌性等綜合性能，提高產品的附加值。

　　技術實現要素：

　　本發明目的在于提供一種在低碳馬氏體鋼板表層獲得細晶奧氏體組織的制備方法，主要通過調控熱處理工藝，在不改變前面軋制及冷卻工藝的基礎上，僅通過設計淬火工藝過程，最終實現鋼板表層細晶組織的調控。

　　本發明的技術方案如下：

　　一種低碳馬氏體鋼板表層獲得細晶奧氏體組織的制備方法，步驟如下：

　　第一步：選取低碳馬氏體鋼，其質量百分數分別為：c含量0.18～0.22％，si含量0.28～0.32％，mn含量0.45～0.55％，mo含量0.88～0.92％，nb含量0.018～0.022％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為fe。

　　第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成20～40mm的鋼板，其終軋溫度為950±20℃，然后空冷至室溫。

　　第三步：淬火工藝

　　將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至980～1020℃，加熱速率為10～15℃/min，保溫60min后淬火至室溫，然后將鋼板的上下表層經快速感應加熱至880～920℃，加熱速率為50±2℃/s，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸不大于5μm的原始奧氏體組織。

　　進一步的，第三步中，鋼板放入加熱爐中加熱至1000℃；鋼板的上下表層經快速感應加熱至900℃。

　　采用該控制方法的依據：對于低碳馬氏體鋼來說，其常規淬火工藝為直接加熱至奧氏體化溫度，經過一定時間保溫處理后，獲得斷面組織均勻的奧氏體，針對于本發明選取的低碳馬氏體鋼來說，其在淬火工藝下奧氏體晶粒尺寸在20～50μm，經過淬火工藝后獲得馬氏體組織。在本發明中，在常規淬火工藝基礎上，增加了短時感應加熱淬火工藝，感應加熱可以使鋼板表層溫度迅速升高至奧氏體化溫度，同時，快速加熱可以有效細化逆相變后的奧氏體晶粒尺寸，但是，過快或過慢的加熱速率均不利于奧氏體晶粒尺寸的細化，針對此成分低碳馬氏體鋼來說，加熱速率為50℃/s時，其細化效果最優。同時，感應加熱溫度過高，奧氏體晶粒尺寸較大，而感應加熱溫度較低時，其組織未發生完全奧氏體化過程，最終選擇再加熱溫度為900℃。這樣，經過常規淬火工藝+感應加熱淬火工藝，可以在滿足鋼板淬火工藝要求的基礎上，實現鋼板表層奧氏體組織的細化。

　　本發明的有益效果：

　　本發明在不改變鋼板控軋與控冷工藝的前提下，將淬火工藝設計為常規淬火工藝+短時感應加熱淬火工藝，在滿足鋼板淬火工藝要求的基礎上，在鋼板表層實現奧氏體晶粒的細化。

　　附圖說明

　　圖1為本發明的獲得鋼板表層奧氏體晶粒組織圖。

　　圖2為本發明的獲得鋼板內部原始奧氏體晶粒組織圖。

　　具體實施方式

　　實施例1

　　選取80mm*80mm的低碳馬氏體鋼坯料，其成分(質量百分數，％)為c0.20％，si0.30％，mn0.50％，mo0.90％，nb0.02％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為鐵fe。首先，將坯料加熱至1200℃，保溫2h后，經過多道次軋制成20mm的鋼板，其終軋溫度為950℃，然后空冷至室溫。選取熱軋后的鋼板，放入到加熱爐中，緩慢加熱至1000℃，加熱速率為10℃/min，，保溫60min后淬火至室溫，然后，鋼板上下表層經快速感應加熱至900℃，對應加熱速率為50℃/s，然后迅速淬火至室溫，最終表層可獲得尺寸約4.5μm的原始奧氏體組織，表層細晶層厚度為3mm，具體表層及內部原始奧氏體組織晶粒尺寸分布如圖1和圖2所示。

　　實施例2

　　第一步：選取80mm*80mm的低碳馬氏體鋼坯料，其質量百分數分別為：碳含量0.18％，硅含量0.28％，錳含量0.45％，鉬含量0.88％，鈮含量0.018％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為鐵fe。

　　第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成40mm的鋼板，其終軋溫度為930℃，然后空冷至室溫。

　　第三步：淬火工藝

　　將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至980℃，加熱速率為10℃/min，保溫60min后淬火至室溫，然后將鋼板的上下表層經快速感應加熱至880℃，加熱速率為48℃/s，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸約為4.2μm的原始奧氏體組織，表層細晶層厚度為3mm。

　　實施例3

　　第一步：選取80mm*80mm的低碳馬氏體鋼坯料，其質量百分數分別為：碳含量0.22％，硅含量0.32％，錳含量0.55％，鉬含量0.92％，鈮含量0.022％，p＜0.012％，s＜0.01％，余量為鐵fe。

　　第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成20mm的鋼板，其終軋溫度為970℃，然后空冷至室溫。

　　第三步：淬火工藝

　　將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至1020℃，加熱速率為15℃/min，保溫60min后淬火至室溫，然后將鋼板的上下表層經快速感應加熱至920℃，加熱速率為52℃/s，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸約為3.9μm的原始奧氏體組織，表層細晶層厚度在2.5mm。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明屬于金屬板帶熱處理技術領域，具體涉及一種在低碳馬氏體鋼板表層獲得細晶奧氏體組織的熱處理工藝方法。第一步：選取低碳馬氏體鋼，第二步：將第一步的低碳馬氏體鋼加熱軋制成20～40mm的鋼板，其終軋溫度為950℃±20℃，然后空冷至室溫。第三步：將冷卻后的鋼板放入加熱爐中，加熱至980～1020℃，加熱速率為10℃/min，然后將鋼板的上下表層經快速感應加熱至880～920℃，迅速淬火至室溫，鋼板表層得到尺寸不大于5μm的原始奧氏體組織。本發明在不改變鋼板控軋與控冷工藝的前提下，將淬火工藝設計為常規淬火工藝加短時感應加熱淬火工藝，在滿足鋼板淬火工藝要求的基礎上，在鋼板表層實現奧氏體晶粒的細化。

　　技術研發人員：衣海龍;周永康;畢夢園;方明陽

　　受保護的技術使用者：東北大學

　　技術研發日：2019.03.22

　　技術公布日：2019.06.14