CN109402512A - 能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法，采用退火，淬火，低温回火的热处理方式。退火，先加热到650～670℃保温退火，出炉空气冷；淬火，先加热到610～650℃保温，再升温至900～920℃均温后保温，出炉用油冷；低温回火，加热到200～220℃保温后，出炉空气冷。本发明可热处理有效截面为φ100mm～φ800mm的25Cr3NiMoW材料锻件。经本发明热处理的25Cr3NiMoW材料锻件可达到Rm≥1650MPa，Rp0.2≥1260MPa的超高强度，AKU2≥55J的高韧性，能全面满足高科技产物锻件的技术要求，生产过程操作性强。

Description

能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种高合金结构钢用锻件生产技术领域，主要涉及一种能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法。
背景技术
国内常用的高合金结构钢锻件的材料包括25Cr3NiMoW、25Cr2Ni4MoV、18Cr2Ni4W等，但这类高合金结构钢锻件的强度级别最高只能达到的Rp≥835MPa，Rm≥1180MPa。其高合金结构钢锻件的热处理方法是采用淬火+高温回火的方法，具体是，加热到880～900℃淬火，保温时间按0.9h/100mm计算。回火：加热到550～660℃均温后保温，保温时间按2..5h/100mm计算，开出台车出炉空冷。经测试，这类高合金结构钢锻件需要达到以上强度级别所要求的材料锻件，还需在化学成分配比等方面综合考虑后才能达到，并且热处理截面大于φ500mm的材料锻件不一定能达到。
随着高科技发明的项目越来越广泛，高科技产物也越来越多，在很多领域特别是特定的环境下需达到超高强度的技术要求(Rp0.2≥1260MPa，Rm≥1650MPa，AKU2≥55J)来满足特定的环境需求，这就需要采取非常规的热处理方式来满足市场的需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能使25Cr3NiMoW材料锻件具有超高强度和高冲击韧性的热处理方法。
本发明目的实现方式为，能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法，25Cr3NiMoW材料锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.25％～0.27％，Si:1.15％～1.5％，Mn:0.50％～0.80％，P:0.008％～0.010％，S:0.004％～0.005％，Cr:3.15％～3.50％，Ni:0.70％～1.10％，Mo:0.32％～0.58％，W：0.35％～0.55％，Nb：0.02％～0.05％，其余元素满足要求；
热处理的具体步骤如下：
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至650～670℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，出炉后空气冷；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到610～650℃，保温2小时，再升温至900～920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算；出炉淬火；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算；
所述mm指的是材料锻件热处理的有效截面单位；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至200～220℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面。
本发明的热处理方法是先退火，退火能释放应力，细化晶粒，改善组织，为淬火做好组织准备；再淬火，淬火温度根据化学成分计算得出相变转变温度AC3，AC3≈836℃，锻件的淬火温度范围确定在900～920℃，在该温度下保温后，采用油冷的出炉淬火方式，能提高25Cr3NiMoW材料锻件的强度；淬火后立即低温回火，得到高强度和高韧性的材料锻件。
本发明有效解决了高科技产物对超高强度和高韧性综合性能的材料需求的技术难题。
本发明可热处理有效截面为φ100mm～φ800mm的材料锻件。经本发明热处理的25Cr3NiMoW材料锻件可达到Rm≥1650MPa，Rp0.2≥1260MPa的超高强度，AKU2≥55J的高韧性，能全面满足高科技产物锻件的技术要求，生产过程操作性强。
具体实施方式
本发明所用25Cr3NiMoW材料锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.25％～0.27％，Si:1.15％～1.5％，Mn:0.50％～0.80％，P:0.008％～0.010％，S:0.004％～0.005％，Cr:3.15％～3.50％，Ni:0.70％～1.10％，Mo:0.32％～0.58％，W：0.35％～0.55％，Nb：0.02％～0.05％，其余元素满足要求。
本发明的锻件热处理采用退火+淬火+低温回火的热处理方式。退火，先加热到650～670℃保温退火，出炉空气冷；淬火，先加热到610～650℃保温，再升温至900～920℃均温后保温，出炉用油冷；低温回火，加热到200～220℃保温后，出炉空气冷。
本申请人对用本发明热处理后的，有效截面为φ100mm～φ800mm的25Cr3NiMoW材料锻件作了力学性能测试，力学性能的取样位置为：试样中心线距表面1/3R处，取样方向为横向。力学性能测试结果可达到：Rp0.2≥1260MPa,Rm≥1700MPa，A≥8％，Z≥40％，AKU2≥55J。
下面用具体实施例详述本发明。
实施例1：
热处理25Cr3NiMoW材料锻件热处理有效截面为φ100mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.25％，Si:1.15％，Mn:0.50％，P：0.008％，S：0.005％，Cr:3.3％，Ni:0.7％，Mo:0.35％，W：0.35％，Nb：0.02％，其余元素满足要求。
热处理的具体步骤如下：
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至650℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为1h，出炉后空气冷；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到610℃，保温2小时，再升温至900℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为1h；出炉淬火；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算约为22分钟；
所述mm指的是材料锻件热处理的有效截面单位；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至200℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算为2.5h，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件。
本实施例热处理的25Cr3NiMoW材料锻件的机械性能：Rp0.2：1350MPa；Rm：1801MPa；A：13％；Z：51％；三个冲击平均值AKU2：64J。
实施例2：同实施例1，不同的是，
热处理25Cr3NiMoW材料锻件热处理有效截面为φ300mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.26％，Si:1.4％，Mn:0.60％，P：0.010％，S：0.004％，Cr:3.15％，Ni:1.0％，Mo:0.32％，W：0.45％，Nb：0.02％，其余元素满足要求。
热处理的具体步骤如下：
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至650℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为3h，出炉后空气冷；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到610℃，保温2小时，再升温至910℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为3h；出炉淬火；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算为65分钟；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至210℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算7.5h，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件。
本实施例热处理的25Cr3NiMoW材料锻件的机械性能：Rp0.2：1310MPa；Rm：1770MPa；A：11％；Z：47％；三个冲击平均值AKU2：60J。
实施例3：同实施例1，不同的是，
热处理25Cr3NiMoW材料锻件热处理有效截面为φ500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.27％，Si:1.45％，Mn:0.70％，P：0.008％，S：0.005％，Cr:3.4％，Ni:1.0％，Mo:0.55％，W：0.50％，Nb：0.03％，其余元素满足要求。
热处理的具体步骤如下：
所述淬火方式为油冷；油冷时间按13s/mm计算约为108分钟。
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至660℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为5h，出炉后空气冷；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到630℃，保温2小时，再升温至920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为5h；出炉淬火；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算约为108分钟；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至220℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算12.5h，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件。
本实施例热处理的25Cr3NiMoW材料锻件的机械性能：Rp0.2：1290MPa；Rm：1755MPa；A：9％；Z：44％；三个冲击平均值AKU2：59J。
实施例4：同实施例1，不同的是，
热处理25Cr3NiMoW材料锻件热处理有效截面为φ700mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.27％，Si:1.45％，Mn:0.80％，P：0.009％，S：0.005％，Cr:3.3％，Ni:1.1％，Mo:0.58％，W：0.55％，Nb：0.04％，其余元素满足要求。
热处理的具体步骤如下：
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至670℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为7h，出炉后空气冷；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到650℃，保温2小时，再升温至920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为7h；出炉淬火；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算约为152分钟；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至220℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算20h，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件。
本实施例热处理的25Cr3NiMoW材料锻件的机械性能：
Rp0.2：1285MPa；Rm：1736MPa；A：8％；Z：42％；三个冲击平均值AKU2：58J。
实施例5：同实施例1，不同的是，
热处理25Cr3NiMoW材料锻件热处理有效截面为φ800mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.26％，Si:1.50％，Mn:0.80％，P：0.008％，S：0.005％，Cr:3.5％，Ni:1.1％，Mo:0.57％，W：0.54％，Nb：0.05％，其余元素满足要求。
热处理的具体步骤如下：
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至670℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为8h，出炉后空气冷；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到650℃，保温2小时，再升温至920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为8h；出炉淬火；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算约为173分钟；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至220℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算20h，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件。
本实施例热处理的25Cr3NiMoW材料锻件的机械性能：Rp0.2：1260MPa；Rm：1700MPa；A：8％；Z：40％；三个冲击平均值AKU2：55J。
本申请人对实施例1-5的25Cr3NiMoW材料锻件采用常规的淬火+高温回火热处理工艺加热处理，具体为“加热到880～900℃淬火，保温时间按0.9h/100mm计算。回火：加热到550～660℃均温后保温，保温时间按2..5h/100mm计算，开出台车出炉空冷”的对比实验1-5。即对比实验1-5没有采用“加热升温至650～670℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，出炉后空气冷”的步骤1)；没有采用步骤2)的淬火温度900～920℃；没有采用“低温回火，加热到200～220℃保温后，出炉空气冷”的步骤3)。
并按与实施例1-5的同样力学性能测试方法对对比例1-5作了力学性能测试，测试结果如下：
对比例1热处理的25Cr3NiMoW材料锻件横向力学性能值为：Rp0.2：901MPa，Rm：1315MPa，A:10％，Z:53％，三个冲击平均值AKU2：61J。
对比例2热处理的25Cr3NiMoW材料锻件横向力学性能值为：Rp0.2：875MPa，Rm：1276MPa，A:8％，Z:51％，三个冲击平均值AKU2：54J。
对比例3热处理的25Cr3NiMoW材料锻件横向力学性能值为：Rp0.2：824MPa，Rm：1154MPa，A:8％，Z:49％，三个冲击平均值AKU2：47J。
对比例4热处理的25Cr3NiMoW材料锻件横向力学性能值为：Rp0.2：810MPa，Rm：1104MPa，A:7％，Z:40％，三个冲击平均值AKU2：41J。
对比例5热处理的25Cr3NiMoW材料锻件横向力学性能值为：Rp0.2：807MPa，Rm：1095MPa，A:6％，Z:40％，三个冲击平均值AKU2：40J。
从实施例1-5的结果与对比例1-5的结果对比：冲击(AKU2)平均值相差不大，但屈服强度(Rp0.2)和抗拉强度(Rm)均提高很多，充分说明采用本发明的热处理方法能使25Cr3NiMoW材料锻件的抗拉强度达到超高强度的技术要求，满足特定环境的需求。

Claims (2)

1.能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法，其特征在于：25Cr3NiMoW材料锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.25％～0.27％，Si:1.15％～1.5％，Mn:0.50％～0.80％，P:0.008％～0.010％，S:0.004％～0.005％，Cr:3.15％～3.50％，Ni:0.70％～1.10％，Mo:0.32％～0.58％，W：0.35％～0.55％，Nb：0.02％～0.05％，其余元素满足要求；
热处理的具体步骤如下：
1)先将25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至650～670℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，出炉后空气冷；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
2)将经步骤1)冷却至室温的25Cr3NiMoW材料锻件先加热到610～650℃，保温2小时，再升温至900～920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算；出炉淬火；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
所述淬火方式为油冷，油冷时间按13s/mm计算；
所述mm指的是材料锻件热处理的有效截面单位；
3)将经步骤2)淬火后的25Cr3NiMoW材料锻件加热升温至200～220℃均温后保温；保温时间按2.5h/100mm计算，出炉空气冷，得高强度25Cr3NiMoW材料锻件；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面。
2.根据权利要求1所述的能提高25Cr3NiMoW材料锻件强度的热处理方法，其特征在于：25Cr3NiMoW材料锻件热处理的有效截面φ100～φ800mm。
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