[發(fā)明專利]一種低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610632972.1
• 申請(qǐng)日: 2016-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN107686876A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉晨曦;劉永長(zhǎng);石磊;余黎明;李會(huì)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D1/18
• 分類號(hào): C21D1/18;C22C38/04;C22C38/08;C22C38/02;C22C38/16;C22C38/12;C22C38/18;C22C38/06
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Ni-Cu-Mo型低合金高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

低合金高強(qiáng)度鋼是為了適應(yīng)大型工程構(gòu)件(如船舶、橋梁、壓力容器及管道等)減輕結(jié)構(gòu)重量、提高服役可靠性等需求而發(fā)展起來的。它具有強(qiáng)度高、韌性好、可焊性及耐腐蝕性能優(yōu)越等特點(diǎn)，用作結(jié)構(gòu)材料可節(jié)約鋼材1/3-2/3，且其使用壽命可比普碳鋼高出幾倍甚至幾十倍。其成分特點(diǎn)為：碳含量低(＜0.20％)，通過微合金元素Ni、Cu、Mo、Cr、Ti等添加(總量不超過3％)，實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒及增強(qiáng)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用，從而改善了鋼的性能。由于合金元素含量較低，在保證高性能的同時(shí)，其焊接性能也非常優(yōu)異。隨著科技不斷發(fā)展，對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼的使用要求也不斷提高，不僅要求較高強(qiáng)度，同時(shí)其塑性韌性、屈強(qiáng)比等性能要求也日益嚴(yán)苛。因此，通過開發(fā)更先進(jìn)的處理工藝，發(fā)展精細(xì)組織控制技術(shù)，在低合金高強(qiáng)度鋼研究及應(yīng)用領(lǐng)域有著相當(dāng)重要的作用。

“淬火+回火”是低合金高強(qiáng)度鋼的常用熱處理工藝之一，通過該工藝可以獲得高強(qiáng)度馬氏體板條組織。圖1為Ni-Cu-Mo型低合金高強(qiáng)度鋼鋼常規(guī)“淬火+回火”工藝處理后的金相組織，為典型的回火板條馬氏體形貌。這種熱處理方法可以有效提高Ni-Cu-Mo型低合金高強(qiáng)度鋼的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，但是其沖擊韌性相對(duì)較低。此外，“淬火+回火”工藝處理后試樣的屈強(qiáng)比過高，一般在0.9以上。材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為屈強(qiáng)比，是表征材料塑性的參數(shù)。對(duì)于(核電/火電)壓力容器及深海管線來說，屈強(qiáng)比越大，材料屈服后至斷裂的塑性范圍越小，因此斷裂的風(fēng)險(xiǎn)越大。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法及其應(yīng)用，不同于傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度鋼淬火(常規(guī)“淬火+回火”工藝)，本發(fā)明的淬火熱處理方法為對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼采用分階段冷卻，用本發(fā)明的淬火熱處理方法處理后得到的鋼組織也與傳統(tǒng)淬火得到的鋼材完全不同。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

一種低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法，將Ni-Cu-Mo型鋼材加熱至890～910℃后保溫25～35分鐘，隨爐冷卻至730℃～810℃后，保溫40～60分鐘；水淬至室溫20～25℃，加熱至630～670℃保溫1.5～2.5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫20～25℃。

在上述技術(shù)方案中，將鋼材加熱至900～910℃后保溫30～32分鐘，隨爐冷卻至740℃～800℃(淬火溫度)后，保溫50～60分鐘；水淬至室溫20～25℃，加熱至650～660℃保溫2～2.5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫20～25℃。

一種用上述淬火熱處理方法制備的鋼組織，將Ni-Cu-Mo型鋼材加熱至890～910℃后保溫25～35分鐘，隨爐冷卻至730℃～810℃后，保溫40～60分鐘；水淬至室溫20～25℃，加熱至630～670℃，回火1.5～2.5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫20～25℃，即得到所述鋼組織；其中，所述Ni-Cu-Mo型鋼材由下述組份組成：

在上述技術(shù)方案中，所述鋼組織中馬氏體體積分?jǐn)?shù)至少為40％，優(yōu)選為44～85％。

一種上述低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法在改善Ni-Cu-Mo型鋼材屈服強(qiáng)度中的應(yīng)用，屈服強(qiáng)度為520～700MPa。

一種上述低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法在改善Ni-Cu-Mo型鋼材拉伸強(qiáng)度中的應(yīng)用，拉伸強(qiáng)度為620～800MPa。

一種上述低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法在改善Ni-Cu-Mo型鋼材屈強(qiáng)比中的應(yīng)用，屈強(qiáng)比為0.8～0.89，優(yōu)選為0.827～0.885。

一種上述低合金高強(qiáng)度鋼的淬火熱處理方法在改善Ni-Cu-Mo型鋼材沖擊韌性中的應(yīng)用，沖擊功為82～120J，優(yōu)選為86～118J。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的淬火熱處理方法解決低合金高強(qiáng)度鋼“淬火+回火”工藝導(dǎo)致的沖擊韌性偏低、屈強(qiáng)比偏高的問題，同時(shí)，盡可能避免拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的損失。通過調(diào)整淬火溫度，可使本發(fā)明的鋼組織性能達(dá)到最佳匹配。

附圖說明

圖1為Ni-Cu-Mo型低合金高強(qiáng)度鋼常規(guī)“淬火+回火”方法處理后的金相組織；

圖2為本發(fā)明的鋼組織不同淬火溫度的金相組織，其中：

(a)淬火溫度740℃,(b)淬火溫度760℃,(c)淬火溫度780℃,(d)淬火溫度800℃；

圖3為淬火溫度對(duì)本發(fā)明的鋼組織的馬氏體體積分?jǐn)?shù)的影響；