CN111139348A - 一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法 - Google Patents

一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其步骤包括：高温正回火→低温调质预处理→高温淬火+亚温淬火+高温回火。本发明方法突破传统的靠淬透性来实现芯部性能的热处理方法，研究了组织转变的特性，以及组织与性能的关系，通过实现特定的金相组织来达到提高性能的目的。其优点在于：不需要增加合金成分的加入量，降低了生产成本；对生产设备的要求较低，减少了装备投入。

Description

一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理 方法
技术领域
本发明属于合金制造技术领域，具体涉及一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法。
背景技术
低合金高强钢锻件经过调质处理后具有较高的强度，良好的塑韧性，较低的脆性转变温度以及良好的热稳定性、焊接性等工艺性能，在石油化工、能源装备等领域有着广泛的应用。但是对于一些大截面高性能要求的零部件，由于淬透性限制，一般只能在近表层达到性能要求，芯部性能，尤其是冲击韧性相差很大。且由于焊接性的要求，对于材料的碳当量有着严格的限制，不能靠增加合金成分来提高淬透性，因此如何提高大锻件芯部冲击韧性一直是低合金高强钢大截面锻件发展的重要研究课题。
S500Q钢即为上述类型钢种，由此钢种制成的直径超过1m，厚度超过350mm的饼类锻件，取样位置在距离外径180mm、厚度中心处(可制图)，完全超过了该钢种淬透性深度范围，靠常规调质工艺，取样位置的冲击功平均≤40J，不能满足标准要求的47J。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其步骤包括：高温正回火→低温调质预处理→高温淬火+亚温淬火+高温回火。
所述的高温正回火，其温度条件为：930～950℃正火，650～680℃回火处理。
所述的低温调质预处理，其温度条件为：800～840℃淬火，650～680℃回火。
所述的高温淬火+亚温淬火+高温回火，其温度条件为：930～950℃淬火，立刻升温到AC3以下10～20℃淬火，600～650℃回火。
所述的提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其具体制备步骤包括：
1)高温正回火：锻造结束后，整体空冷到250摄氏度以下，930～950℃正火，650～680℃回火处理；
根据成分经过相变点的计算，通过小样的晶粒度长大试验，确认低合金高强钢在930～950℃下材料能保持稳定细晶；
所述的小样的晶粒度长大试验，其步骤为：取诺干金相试样，在880℃、930℃、950℃、980℃四个温度，保温时间8小时以上，保温后淬火，检测晶粒度。
2)低温调质预处理：800～840℃淬火，650～680℃回火，低温调质预处理，进一步细化晶粒，得到回火索氏体预备组织；
3)高温淬火+亚温淬火+高温回火：930～950℃淬火，立刻升温到AC3(加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)以下10～20℃淬火，600～650℃回火，高温淬火+亚温淬火+高温回火，得到保留了位错结构的回火索氏体和未溶铁素体混合组织。
有益效果：
1)高温正回火：一般材料的正火温度都在AC3以上50～60℃；本申请技术方案采用930～950℃正火，再进行650～680℃回火，消除了锻造带来的偏析、粗晶等相关缺陷，细化晶粒的元素以及碳氮化合物充分溶解并均匀分布，为后期的性能热处理打下基础；
2)低温调质预处理：800～840℃(AC3附近温度)淬火，650～680℃回火，不完全的奥氏体化可以细化晶内亚结构，将回火索氏体作为预备组织，在重新奥氏体化的时候增加形核几率，同时更好的发挥AlN等化合物的晶界钉扎作用；在预处理后晶粒度比正回火态更细一级；
3)高温淬火+亚温淬火+高温回火：采用晶粒度长大试验确认的能保持细晶粒的最高温度进行第一次淬火，冷却到较低温度，快速升温到AC3临界温度，根据截面大小保温一定的时间，进行第二次淬火，再进行高温回火。得到的最终组织为保留了高温淬火后马氏体及贝氏***错结构的回火索氏体和铁素体，由于位错的保留能得到较高的强度，同时均匀分布的未溶铁素体提高了冲击韧性。
本申请公开的技术方案突破传统的靠淬透性来实现芯部性能的热处理方法，研究了组织转变的特性，以及组织与性能的关系，通过实现特定的金相组织来达到提高性能的目的。其优点在于：不需要增加合金成分的加入量，降低了生产成本；对生产设备的要求较低，减少了装备投入。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本发明。
所述的提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其具体制备步骤包括：
1)高温正回火：S500Q低合金高强钢锻造结束后，整体空冷到250℃以下，930～950℃正火，650～680℃回火处理，处理结束，根据GB/T 6394—2017规定的钢材晶粒度测定方法，晶粒度优于6级；
根据成分经过相变点的计算(利用JmatPro软件计算)，通过小样的晶粒度长大试验，确认低合金高强钢在930～950℃下材料能保持稳定细晶；
所述的小样的晶粒度长大试验，其步骤为：取诺干金相试样，在880℃、930℃、950℃、980℃四个温度，保温时间8小时以上，保温后淬火，检测晶粒度。
2)低温调质预处理：800～840℃淬火，650～680℃回火，低温调质预处理，进一步细化晶粒，得到回火索氏体预备组织；
3)高温淬火+亚温淬火+高温回火：930～950℃淬火，立刻升温到AC3以下10～20℃淬火，600～650℃回火，高温淬火+亚温淬火+高温回火，得到保留了位错结构的回火索氏体和未溶铁素体混合组织。
提高S500Q低合金高强钢锻件冲击韧性的热处理对比验证数据：
Figure BDA0002318488870000041
Figure BDA0002318488870000051

Claims (7)

1.一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其步骤包括：高温正回火→低温调质预处理→高温淬火+亚温淬火+高温回火。
2.根据权利要求1所述的一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其特征在于：所述的高温正回火，其温度条件为：930～950℃正火，650～680℃回火处理。
3.根据权利要求1所述的一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其特征在于：所述的低温调质预处理，其温度条件为：800～840℃淬火，650～680℃回火。
4.根据权利要求1所述的一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其特征在于：所述的高温淬火+亚温淬火+高温回火，其温度条件为：930～950℃淬火，立刻升温到AC3以下10～20℃淬火，600～650℃回火。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其特征在于：所述的提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其具体步骤包括：
1)高温正回火：锻造结束后，整体空冷到250℃以下，930～950℃正火，650～680℃回火处理；
2)低温调质预处理：800～840℃淬火，650～680℃回火处理；
3)高温淬火+亚温淬火+高温回火：930～950℃淬火，立刻升温到AC3以下10～20℃淬火，600～650℃回火。
6.根据权利要求5所述的一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其特征在于：所述的1)高温正回火，正火温度选用930～950℃，是通过小样的晶粒度长大试验获得的。
7.根据权利要求1所述的一种提高大截面低合金高强钢锻件芯部冲击韧性的热处理方法，其特征在于：所述小样的晶粒度长大试验，其步骤为：取诺干金相试样，在880℃、930℃、950℃、980℃四个温度，保温时间8小时以上，保温后淬火，检测晶粒度。
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