Q550D 回火工艺试验

yusa

近段时间经过摸索对Q550D高强度钢走TMCP+T工艺，处理13块一次性合格，验证了该工艺的可行性。为了更好的摸索回火工艺，找出适合生产的最佳回火温度和回火时间。采用对比分析试验以下是同一块钢板同一取样位置的试样按照不同的回火温度，在相同的保温时间内，电热炉试验数据：
第一套方案：不同回火温度，相同保温时间：
回火试验方案
编号        回火温度/℃        回火时间/min
1        520℃        100
2        560℃        100
3        600℃        100
4        640℃        100
5        680℃        100
6        720℃        100
一、        性能结果如下：
试样状态        钢种        厚度        屈服        抗拉        伸长        冲击        冲击        冲击
热轧        Q550D        25        500        695        19        261        297        312
520℃        Q550D        25        585        665        21        282        280        266
560℃        Q550D        25        630        665        21        341        306        300
600℃        Q550D        25        590        685        18.5        226        253        258
640℃        Q550D        25        595        670        20        260        204        254
680℃        Q550D        25        605        680        22.5        203        206        228
720℃        Q550D        25        490        680        22        297        306        276
二、钢板回火后光谱成分：
试样状态        C        Si        Mn        P        S        Als        V        Ti        Ni        Mo        Nb
热轧        0.073        0.36        1.58        0.01        0.002        0.032        0.051        0.015        0.075        0.177        0.049
520℃        0.071        0.35        1.54        0.008        0.001        0.03        0.05        0.014        0.072        0.174        0.044
560℃        0.082        0.37        1.61        0.01        0.001        0.034        0.051        0.017        0.075        0.179        0.054
600℃        0.061        0.36        1.57        0.009        0.001        0.029        0.05        0.015        0.074        0.173        0.047
640℃        0.059        0.35        1.55        0.008        0.001        0.03        0.05        0.014        0.075        0.17        0.044
680℃        0.074        0.34        1.59        0.011        0.001        0.028        0.053        0.014        0.065        0.161        0.052
720℃        0.064        0.33        1.53        0.01        0.001        0.028        0.052        0.013        0.064        1.55        0.045
平均值        0.069        0.305        1.57        0.009        0.001        0.03        0.051        0.015        0.071        0.369        0.048
三、钢板回火前后性能分析：

从上图看出，回火后的屈服强度较热轧，整体大幅度上升，回火温度560，其屈服强度最高，回火温度720屈服强度降到最低。同热轧相比较，抗拉整体下降，回火温度520和560，其抗拉强度下降幅度最大。伸长有升有降，回火温度680，其伸长上升幅度最大。

从上图看出，回火后冲击变化规律异常，但整体能保持到较高冲击范围。
四、回火前后金相组织变化情况：
试样状态        硫化物        氧化物        球状        带状        颗粒
球状        晶粒度        组织        备注
热轧        0.5        0.5        1        1.5                11        B75％+P20％+F5％        断口分层
520℃t=4min        0.5        1        1                        11        B80％+P20％        断口分层
560℃t=4min        0.5        0.5        1        1.5                11        B80％+F5％+P15％        断口分层
600℃t=4min        0.5        0.5        1        1.5        0.5        11        B80％+P15％+F5％        断口分层
640℃t=4min        0.5        0.5        1        2                11        B85％+F5％+P10％        断口分层
680℃t=4min        0.5        0.5        1        2                10        B90％+F10％        断口分层
720℃t=4min        0.5        0.5        1        2                11        B80％+P10％+F10％        断口分层
高倍图片如下：
   
热轧                                      520℃
520℃回火后与热轧组织相比较，直观上没有太大变化。图片放大后很明显能看出，520℃回火后较热轧，晶界轮廓开始出现模糊现象。
   
560℃                                         600℃
560℃和600℃回火后，晶粒间开始出现融合长大现象，板条状贝氏体组织开始弱化。
   
640℃        680℃
640℃和680℃回火后，P珠光体开始消失，贝氏体组织越来越不稳定，特别是680℃回火后珠光体完全消失，新形核的铁素体开始出现。
    720℃高温回火后，铁素体继续增多，转化为钢板平衡态组织多边形铁素体，钢板的强度大幅度下降。
五、分析总结：
1、钢板在回火温度520℃-680℃屈服强度整体呈上升趋势，但回火温度720屈服强度开始下降；抗拉强度整体下降；回火后伸长整体小幅度上升，回火温680℃，其伸长率上升幅度                  720℃
比较明显。
2、结合金相组织看：
①随着回火温度的提高，较热轧晶粒位错密度显著降低，甚至一部分位错开始消失（560℃），这是回火抗拉强度降低的最主要的原因。
②回火过程中，析出物大量析出，使析出物密度升高，导致析出物更加细小，析出强化效果逐渐增强。这是屈服强度提高最主要原因；
③随着回火温度的提高，位错密度降低，M/A岛分解，以及新软相多边形铁素体形成，导致拉钢板塑性的提高；
3、鉴于目前Q550D控轧控冷后，其钢板的力学性能指标伸长率普遍较低，低于15％，结合其实验数据所得出的论证结果，和回火后保证板型等因素，其高温回火工艺温度680℃，较为理想。
第二套方案：相同回火温度，不同保温时间：
经过实验对比分析，保温时间t=4min/mm不变，回火温度680℃，整体性能指标良好，为了摸索出最佳科学保温时间，即按照回火温度680℃，探索不同的保温时间对性能的影响，以获得最佳回火工艺。其实验方案及实验数据如下：
回火试验方案

编号        回火温度/℃        回火时间/min
1        680℃        t=1min/mm
2        680℃        t=2min/mm
3        680℃        t=3min/mm
4        680℃        t=4min/mm
5        680℃        t=5min/mm
Ⅰ、钢板不同保温时间后性能结果：
试样状态        批号        钢种        厚度        屈服        抗拉        伸长        冲击        冲击        冲击
热轧        G1108037-1        Q550D        25        500        695        19        261        297        312
t=1min/mm        G1108037-1        Q550D        25        565        660        22        281        269        240
t=2min/mm        G1108037-1        Q550D        25        605        685        21        266        253        247
t=3min/mm        G1108037-1        Q550D        25        615        680        19        320        341        341
t=4min/mm        G1108037-1        Q550D        25        605        680        22.5        203        206        228
t=5min/mm        G1108037-1        Q550D        25        600        680        22        347        334        347
Ⅱ、钢板回火后光谱成分：
试样状态        C        Si        Mn        P        S        Als        V        Ti        Ni        Mo        Nb
热轧        0.073        0.036        1.58        0.01        0.002        0.032        0.051        0.015        0.075        0.177        0.049
t=1min/mm        0.051        0.36        1.57        0.008        0.001        0.031        0.051        0.015        0.076        0.167        0.048
t=2min/mm        0.062        0.32        1.53        0.011        0.001        0.029        0.053        0.015        0.066        0.158        0.052
t=3min/mm        0.076        0.37        1.59        0.012        0.001        0.037        0.052        0.016        0.066        0.173        0.05
t=4min/mm        0.074        0.34        1.59        0.011        0.001        0.028        0.053        0.014        0.065        0.161        0.052
t=5min/mm        0.058        0.36        1.56        0.009        0.001        0.036        0.051        0.015        0.065        0.169        0.046
平均值        0.066        0.298        1.57        0.01        0.001        0.032        0.052        0.015        0.069        0.168        0.05
Ⅲ、钢板回火前后性能分析：

从上图看出，随保温时间延长，屈服强度整体呈上升趋势。抗拉强度整体下降，其中保温时间t=1min/mm，抗拉下降幅度最大，当保温时间≥3 min时，其抗拉下降幅度最小。不同的保温时间，较热轧前伸长，整体呈上升趋势，其中保温时间t=4min/mm伸长上升幅度最大。

从上图看出，回火后，冲击有升有降，但回火后整体冲击能够保持到较高范围。
Ⅳ、回火前后金相组织变化情况：
试样状态        硫化物        氧化物        球状        带状        晶粒度        组织        备注
热轧        0.5        0.5        1        1.5        11        B75％+P20％+F5％        板拉断口分层
t=1min        0.5        0.5        1        1.5        11        B85％+P10％+F5％        板拉断口分层
t=2min        0.5        0.5        1        2        11        B90％+F10％中心偏析        板拉断口分层
t=3min        0.5        0.5        0.5        1        11        B90％+F10％        板拉断口分层
t=4min        0.5        0.5        1        2        10        B90％+F10％        板拉断口分层
t=5min        0.5        0.5        1        2        10        B95％+F5％        板拉断口分层
高倍图片如下：
   
热轧                          t=1min
t=1min回火后晶粒间开始出现长大现象，珠光体开始减少，板条状贝氏体组织开始弱化并且板条宽度有明显增加
   
t=2min                                   t=3min
t=2min和 t=3min回火后珠光体完全消失，特别是t=3min回火后，铁素体开始增加，
  多数贝氏体组织板条宽度开始有拉明显增加。
   
t=4min                               t=5min
t=4min和t=5min回火后，多数贝氏体组织板条束已经开始合并在一起。
Ⅴ、分析总结
1、钢板在保温时间不同情况下，屈服强度整体呈上升趋势，特别是在保温时间≥2 min，其屈服上涨幅度最大。回火后抗拉强度整体下降，当保温时间≥3 min时，其抗拉下降幅度最小；回火后伸长整体呈上升趋势，其中保温时间t=4min/mm伸长上升幅度最大。
2、结合金相组织图片看：
    ①钢板在不同保温时间回火后，晶粒位错密度显著降低，随着回火时间的延长，及其回火程度的加深，位错的回复及其消失，晶粒开始长大，同时新形核的铁素体比例增多，是回火后抗拉强度降低的最主要的原因。
②随着回火时间的延长，及其回火程度的加深，析出物大量析出，使析出物密度升高，导致析出物更加细小，析出强化效果逐渐增强。这是屈服强度提高最主要原因；
③随着回火程度提高，位错密度降低，M/A岛充分分解，以及新软相多边形铁素体不断形成，导致拉钢板塑性的提高；
3、根据实验数据所得出的论证结果，在回火温度680℃保温时间4 min能够大幅度提高屈服强度，保证抗拉下降幅度最小，同时最大化提高其伸长率，结合实际Q550D控轧控冷后力学性能，其回火温度680℃保温时间4 min/mm结合Q550DTMCP工艺能够保证其国标要求。