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Q345结构钢具有强度高、抗震性好、制作周期短等优点,被广泛用于建筑、机械、铁轨运输等领域中。钢材生产面临的最大问题之一就是能源浪费和环境的污染,为了实现器件轻量化,达到节能减排的目的,高强度钢板的发展迫在眉睫。目前,国际上对结构钢的研究主要集中在结构钢淬透性研究和钢完全淬火力学性能分析,国内外学者对结构钢临界区调质处理后的显微组织及力学性能变化研究较少。本课题以莱钢生产的Q345热轧板为研究对象,设定不同的双相区加热温度、双相区保温时间以及回火温度,对Q345结构钢进行热处理。通过金相实验、SEM等技术手段研究临界区调质处理工艺对材料显微组织的影响,利用硬度试验和室温拉伸试验等测试手段研究临界区调质处理工艺对材料力学性能影响,结合显微组织和力学性能,分析双相区调质处理对材料强塑性的作用机理。Q345热轧钢分别进行分步淬火工艺和临界区淬火工艺处理,根据实验结果可知,两种工艺下A1和A3分别为700℃和820℃。首先,研究了临界区淬火温度的影响,分析实验结果可知,温度低于700℃时,未进入双相区,淬火组织为铁素体和珠光体;温度高于700℃时,水淬后试样组织为马氏体和铁素体复相组织。双相区淬火温度升高,硬度、强度显著升高,塑性降低。760℃淬火时,分步淬火试样和临界区淬火试样的强塑积达到最大值分别为17630.4MPa·%和19701.3MPa·%,比原热轧板提高了9.6%和19.1%,综合性能良好。760℃为最佳的双相区淬火温度,此时马氏体和铁素体比例为1:1。然后,研究了回火温度的影响,分析实验结果可知,回火时发生马氏体软化、碳化物析出的过程,组织为铁素体和回火托氏体。当回火温度的升高时,试样硬度、强度逐渐降低,但塑性改善。双相区退火试样比分步淬火试样再结晶温度低,回火温度为500℃时发生铁素体部分再结晶现象,原马氏体组织留下的深色区域消失,铁素体晶粒减少。其次,研究了临界区淬火保温时间的影响,分析实验结果可知,分步淬火试样保温时间较短时,淬火后马氏体含量较高,延长保温时间,马氏体含量不断降低直至趋于不变;临界区淬火试样保温时间较短时,淬火后马氏体含量较低,保温时间增长,马氏体不断升高至趋于不变。保温时间为20分钟时,分步淬火试样和临界区淬火试样的强塑积达到最大值为17866.2MPa·%和19945.3MPa·%,强度和塑性较好。20分钟保温时间为最佳临界区保温时间。450℃回火后,硬度和强度稍有下降,塑性改善。综上所述,两种工艺处理后的钢板可以通过调整热处理工艺参数得到强度和塑性俱佳的双相组织钢板。Q345结构钢经过760℃保温20分钟淬火后450℃回火处理,组织和力学性能最优。