一種提高棒材低溫沖擊韌性的熱處理方法
【專(zhuān)利摘要】一種提高棒材低溫沖擊韌性的熱處理方法，屬熱處理加工技術(shù)領(lǐng)域。淬火工藝：將熱軋大規(guī)格棒材或熱處理工件置于840～860℃的熱處理爐進(jìn)行加熱，保溫時(shí)間60～120min；然后采用水冷或油冷淬火冷卻方式；回火工藝：將經(jīng)過(guò)適度淬火處理的棒材或工件置于610～640℃回火爐中，保溫60～120min，取出后水冷至室溫。彌補(bǔ)油淬淬透性不足的問(wèn)題，有效地提高了大尺寸螺栓的淬透性，其中抗拉強(qiáng)度861～944MPa，屈服強(qiáng)度727～804MPa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到19.5～21.8％，斷面收縮率Z為59～64％，?100℃沖擊吸收功Akv為27～50.1J。毛坯工件的抗拉強(qiáng)度943MPa，屈服強(qiáng)度818MPa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到18.3％，斷面收縮率Z為63％，?100℃沖擊吸收功Akv為33J。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種提高棒材低溫沖擊初性的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬熱處理加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種提高棒材低溫沖擊初性的熱處理 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保問(wèn)題的日益突出，能源供應(yīng)的漸趨緊張，風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再 生能源的發(fā)電方式，已越來(lái)越受到重視，使得風(fēng)電行業(yè)快速發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)不僅僅局限 在陸地平臺(tái)發(fā)展，正在向海洋平臺(tái)邁進(jìn)。隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備用高強(qiáng)度螺栓 的生產(chǎn)也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，風(fēng)電裝機(jī)容量的擴(kuò)大，對(duì)高強(qiáng)低溫螺栓性能指標(biāo)的要求 也越來(lái)越高，不僅要求其具有高的強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)塑性和低溫初性要求也越來(lái)越高。高強(qiáng)度低 溫用螺栓用鋼要求嚴(yán)苛(-lore的Akv低溫沖擊功>27J)，通常要求針對(duì)毛巧試樣進(jìn)行澤火 +回火熱處理，獲得良好的低溫初性，生產(chǎn)難度較大。對(duì)于規(guī)格尺寸小的螺栓，通常采用油澤 的冷卻方式即能獲得良好的力學(xué)性能;而規(guī)格尺寸較大的螺栓，采用常規(guī)冷卻方式往往不 能使材料獲得理想的組織和性能，由于直徑規(guī)格大導(dǎo)致1/4處的澤透性明顯低于表面的澤 透性，導(dǎo)致低溫沖擊初性不合格率大幅增加。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)未澤透、組織不均勻等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種提高棒材低溫沖擊初性的熱處理方法，克服了上述經(jīng) 常會(huì)出現(xiàn)未澤透、組織不均勻等現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。
[0004] 本熱處理工藝主要是提高大規(guī)格尺寸螺栓用鋼-100°C的低溫沖擊初性。與 CN102851479B的水澤油冷雙液澤火冷卻方式不同，且低溫沖擊初性優(yōu)于該專(zhuān)利的熱處理工 藝-4(TC的低溫沖擊初性。該熱處理工藝不僅能起到細(xì)化晶粒的作用，有效地提高大尺寸螺 栓的澤透性，而且能減少和防止大尺寸螺栓的澤火變形及開(kāi)裂傾向，同時(shí)該熱處理工藝處 理的螺栓具有高強(qiáng)度的同時(shí)具有較高的塑性和良好的-l〇〇°C低溫沖擊初性。經(jīng)本發(fā)明所述 熱處理工藝處理后的整體大規(guī)格棒材獲得良好的力學(xué)性能，高強(qiáng)度螺栓獲得抗拉強(qiáng)度> 860MPa，屈服強(qiáng)度>725MPa，斷后伸長(zhǎng)率>18%，斷面收縮率Z>59%，-100°C沖擊吸收功 Akv^27J〇
[0005] 本發(fā)明不同于常規(guī)澤火工藝油澤至室溫，是使?jié)苫鸸ぜ囟冉抵罬s~100°C范圍 內(nèi)，主要目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的澤透性不足問(wèn)題，尤其是大規(guī)格棒材1/4D之處的澤透性， 通過(guò)適度冷卻，使得屯、部保留一定比例的殘余奧氏體，同時(shí)屯、部一定的溫度有助于后續(xù)回 火過(guò)程中實(shí)現(xiàn)1/4D和屯、部的化、C等合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而后續(xù)過(guò)程中通過(guò)回火后快 冷，殘余奧氏體發(fā)生相變，可W彌補(bǔ)油澤澤透性不足的問(wèn)題，有效地提高了大尺寸螺栓的澤 透性，達(dá)到提高強(qiáng)度和低溫初性的目的。該工藝在熱處理澤火加熱保溫后采用適度油冷澤 火冷卻方式。具體熱處理工藝步驟及控制的技術(shù)參數(shù)如下：
[0006] (1)用于制造螺栓的原材料為合金結(jié)構(gòu)鋼(簡(jiǎn)稱合結(jié)鋼），其質(zhì)量百分比組成為:C: 0.38~0.48%，Si:0.15~0.35%，Mn:0.75~1.0%，S《0.025%，P《0.025%，Cr:0.9~ 1.1%，M〇:0.15 ~0.25%;
[0007] (2)適度澤火工藝:將熱社大規(guī)格棒材或熱處理工件置于840~860°C的熱處理爐 進(jìn)行加熱，根據(jù)不同尺寸規(guī)格的熱處理經(jīng)驗(yàn)，確定保溫時(shí)間60~120min;然后采用適度水冷 或油冷澤火冷卻方式，即將加熱工件從澤火爐中取出放入室溫的油(或室溫的水）中，冷卻3 ~lOmin(或0.5~2.5min)使工件溫度降至Ms(相變點(diǎn)測(cè)定320°C)~100°C范圍內(nèi)（不同于常 規(guī)澤火工藝澤火至室溫），然后快速取出；
[000引（3)回火工藝:將經(jīng)過(guò)適度澤火處理的棒材或工件置于610~640°C回火爐中，保溫 60~120min，取出后水冷至室溫。
[0009] 經(jīng)上述熱處理工藝處理后，使得屯、部保留一定比例的殘余奧氏體，同時(shí)屯、部一定 的溫度有助于后續(xù)回火過(guò)程中實(shí)現(xiàn)1/4D和屯、部的Cr、C等合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而在后 續(xù)過(guò)程中通過(guò)回火后快冷，殘余奧氏體發(fā)生相變，進(jìn)而彌補(bǔ)油澤澤透性不足的問(wèn)題，有效地 提高了大尺寸螺栓的澤透性，達(dá)到提高強(qiáng)度和低溫初性的目的。經(jīng)本發(fā)明所述熱處理工藝 處理后的整體大規(guī)格棒材獲得良好的力學(xué)性能，其中抗拉強(qiáng)度861~944M化，屈服強(qiáng)度727 ~804MPa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到19.5~21.8 %，斷面收縮率Z為59~64%，-100°C沖擊吸收功Akv 為27~50.11。毛巧工件的抗拉強(qiáng)度9431?日，屈服強(qiáng)度8181?日，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到18.3%，斷面 收縮率Z為63%，-100°C沖擊吸收功Akv為33J，均優(yōu)于對(duì)比例(常規(guī)工藝)的低溫沖擊初性。
[0010] 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是:本發(fā)明不同于常規(guī)澤火工藝油澤至室溫，而是使工件溫度降 至Ms~100°C范圍內(nèi)，主要目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的澤透性不足問(wèn)題，尤其是大規(guī)格棒材1/ 4D之處的澤透性，通過(guò)適度冷卻，使得屯、部保留一定比例的殘余奧氏體，同時(shí)屯、部一定的溫 度有助于后續(xù)回火過(guò)程中實(shí)現(xiàn)1/4D和屯、部的化、C等合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而后續(xù)過(guò)程 中通過(guò)回火后快冷，殘余奧氏體發(fā)生相變，從而彌補(bǔ)油澤澤透性不足的問(wèn)題，有效地提高大 尺寸螺栓的澤透性，達(dá)到提高強(qiáng)度和低溫初性的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1熱處理工藝處理后的邊部顯微組織(澤火溫度860°C，油澤 3min)〇
[0012] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1熱處理工藝處理后的1/4D部顯微組織(澤火溫度860°C，油 澤3min)。
[OOK]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1熱處理工藝處理后的屯、部顯微組織(澤火溫度860°C，油澤 3min)〇
[0014]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例3熱處理工藝處理后的1/4D部顯微組織(澤火溫度860°C，油 澤lOmin)。
[001引圖5是低溫沖擊功Akv-i(xrc=47J時(shí)的斷口顯微組織（澤火溫度86(TC，油澤3min)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1:
[0017] 1)合結(jié)鋼棒材的內(nèi)控化學(xué)成分:C:0.41%，Si:0.29%，Mn:0.92%，S:0.004%，P: 0.012%，Cr:0.95%，Mo:0.18%，F(xiàn)e余量。
[0018] 2)對(duì)上述成分的鑄巧在常規(guī)加熱后進(jìn)行粗社和精社，社制規(guī)格為? 56mm，控制終 社溫度在:850~900 °C;
[0019] 3)將熱社大規(guī)格棒材或熱處理工件置于840~860°C的熱處理爐進(jìn)行加熱，根據(jù)不 同規(guī)格的熱處理經(jīng)驗(yàn)，確定保溫時(shí)間90~120min;然后采用適度油冷澤火冷卻方式，即將加 熱工件從澤火爐中取出放入油中（室溫），冷卻3~lOmin，使工件溫度降至Ms(相變點(diǎn)測(cè)定 320°C)~200°C范圍內(nèi)（不同于常規(guī)澤火工藝澤火至室溫），然后快速取出；
[0020] 4)回火工藝:將經(jīng)過(guò)適度澤火處理的棒材或工件置于610~640°C回火爐中，保溫 90~120min，取出后水冷至室溫；
[0021] 實(shí)施例2:
[0022] 1)合結(jié)鋼棒材的內(nèi)控化學(xué)成分:C:0.40%，Si:0.24%，Mn:0.90%，S:0.003%，P: 0.013%，Cr:1.0%，Mo:0.18%，F(xiàn)e余量。
[0023] 2)對(duì)上述成分的鑄巧在常規(guī)加熱后進(jìn)行粗社和精社，社制規(guī)格為? 56mm，控制終 社溫度在:850~900 °C;
[0024] 3)將熱社大規(guī)格棒材或熱處理工件置于860°C的熱處理爐進(jìn)行加熱，根據(jù)不同規(guī) 格的熱處理經(jīng)驗(yàn)，確定保溫時(shí)間90~120min;然后采用適度水冷澤火冷卻方式，即將加熱工 件從澤火爐中取出放入油中（室溫），冷卻2.5min，使工件溫度降至Ms(相變點(diǎn)測(cè)定320°C)~ 150°C范圍內(nèi)，然后快速取出；
[0025] 4)回火工藝：將經(jīng)過(guò)適度澤火處理的棒材或工件置于640°C回火爐中，保溫 120min，取出后水冷至室溫；
[0026] 實(shí)施例3:
[0027] 1)合結(jié)鋼棒材的內(nèi)控化學(xué)成分:C:0.40%，Si:0.22%，Mn:0.90%，S:0.005%，P: 0.010%，Cr:1.0%，Mo:0.18%，F(xiàn)e余量。
[00%] 2)對(duì)上述成分的鑄巧在常規(guī)加熱后進(jìn)行粗社和精社，社制規(guī)格為?47mm，控制終 社溫度在:850~900 °C;
[0029] 3)將熱社大規(guī)格棒材或熱處理工件置于840~860°C的熱處理爐進(jìn)行加熱，根據(jù)不 同規(guī)格的熱處理經(jīng)驗(yàn)，確定保溫時(shí)間90~120min;然后采用適度油冷澤火冷卻方式，即將加 熱工件從澤火爐中取出放入油中（室溫），冷卻3~lOmin，使工件溫度降至Ms(相變點(diǎn)測(cè)定 320°C)~100°C范圍內(nèi)，然后快速取出；
[0030] 4)回火工藝:將經(jīng)過(guò)適度澤火處理的棒材或工件置于610~640°C回火爐中，保溫 100~120min，取出后水冷至室溫；
[0031] 實(shí)施例4:
[0032] 1)合結(jié)鋼棒材的內(nèi)控化學(xué)成分:C:0.40%，Si:0.24%，Mn:0.90%，S:0.003%，P: 0.013%，Cr:1.0%，Mo:0.18%，F(xiàn)e余量。
[0033] 2)對(duì)上述成分的鑄巧在常規(guī)加熱后進(jìn)行粗社和精社，社制規(guī)格為〇 56mm，控制終 社溫度在:850~900 °C;
[0034] 3)將熱社大規(guī)格棒材按照標(biāo)準(zhǔn)切取毛巧小試樣，置于860°C的熱處理爐進(jìn)行加熱， 確定保溫時(shí)間60min;然后采用適度油冷澤火冷卻方式，即將加熱工件從澤火爐中取出放入 油中（室溫），冷卻3min，使工件溫度降至Ms(相變點(diǎn)測(cè)定320°C )~100°C范圍內(nèi)，然后快速取 出；
[0035] 4)回火工藝:將經(jīng)過(guò)適度澤火處理的棒材或工件置于640°C回火爐中，保溫60min， 取出后水冷至室溫；
[0036] 對(duì)比例1說(shuō)明：為正常澤火工藝(整體棒材:油中澤火時(shí)間>20min;毛巧件:油中澤 火時(shí)間> 15min)和回火工藝對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能，低于本發(fā)明的低溫沖擊初性；
[0037] 對(duì)比例2說(shuō)明：為專(zhuān)利CN 102851479 B的水澤油冷雙液澤火冷卻方式處理工藝對(duì) 應(yīng)的力學(xué)性能；工件是25mm的毛巧件且沖擊功值是Akv-wc，低于本發(fā)明的整體棒材處理后 的 Akv-iooc。
[0038] 表各實(shí)施例整體試樣熱處理工藝及力學(xué)性能匯總
[0039]
[0040] 除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可W有針對(duì)其他鋼種的實(shí)施方式。凡采用等同替換或 等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
[0041] 綜上所述，本發(fā)明提供了一種提高棒材低溫沖擊初性的熱處理工藝，不同于常規(guī) 澤火工藝澤火至室溫，而是使工件溫度降至Ms~100°C范圍內(nèi)，主要目的是為克服現(xiàn)有技術(shù) 的澤透性不足問(wèn)題，尤其是大規(guī)格棒材1/4D之處的澤透性，通過(guò)適度冷卻，使得屯、部保留一 定比例的殘余奧氏體，同時(shí)屯、部一定的溫度有助于后續(xù)回火過(guò)程中實(shí)現(xiàn)1/4D和屯、部的化、C 等合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而后續(xù)過(guò)程中通過(guò)回火后快冷，殘余奧氏體發(fā)生相變，可W彌 補(bǔ)油澤澤透性不足的問(wèn)題，有效地提高了大尺寸螺栓的澤透性，達(dá)到提高強(qiáng)度和低溫初性 的目的。經(jīng)本發(fā)明所述熱處理工藝處理后獲得的合結(jié)鋼整體熱處理大規(guī)格棒材獲得抗拉強(qiáng) 度861~944MPa，屈服強(qiáng)度727~804MPa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到19.5~21.8%，斷面收縮率2為59 ~64%，-100°C沖擊吸收功Akv為27~50.1J。毛巧工件獲得抗拉強(qiáng)度941~948MPa，屈服強(qiáng) 度816~830MPa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到18.3~18.7%，斷面收縮率2為61~63%，-100°(：沖擊吸收 功AKv為27~33J，均優(yōu)于對(duì)比例(常規(guī)工藝）的低溫沖擊初性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高棒材低溫沖擊韌性的熱處理方法，其特征在于:具體熱處理工藝步驟及控 制的技術(shù)參數(shù)如下： (1) 用于制造螺栓的原材料為合金結(jié)構(gòu)鋼，其質(zhì)量百分比組成為:C:0.38~0.48%，Si : 0· 15~0.35%，Μη:0·75~1 ·0%，S彡0.025%，P彡0.025%，Cr:0.9~1 · 1%，Μ〇:0· 15~ 0.25%，余量為Fe; (2) 淬火工藝:將熱乳大規(guī)格棒材或熱處理工件置于840~860 °C的熱處理爐進(jìn)行加熱， 保溫時(shí)間60~120min;然后采用油冷淬火冷卻方式，即將加熱工件從淬火爐中取出放入室 溫的油中，冷卻3~1 Omin使工件溫度降至Ms~100°C范圍內(nèi)然后快速取出； (3) 回火工藝：將經(jīng)過(guò)淬火處理的棒材或工件置于610~640°C回火爐中，保溫60~ 120min，取出后水冷至室溫； 經(jīng)上述熱處理工藝處理后，高強(qiáng)度螺栓獲得抗拉強(qiáng)度彡860MPa，屈服強(qiáng)度彡725MPa，斷 后伸長(zhǎng)率彡18%，斷面收縮率Z彡59%，-100°C的沖擊吸收功Akv-Kxrc彡27J。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于:淬火工藝:將熱乳大規(guī)格棒材或熱 處理工件置于840~860°C的熱處理爐進(jìn)行加熱，保溫時(shí)間60~120min;然后采用水冷方式， 即將加熱工件從淬火爐中取出放入室溫的水中，冷卻0.5~2.5min使工件溫度降至Ms~100 °C，然后取出快速放入回火爐中。
【文檔編號(hào)】C21D8/06GK106048152SQ201610589129
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月24日 公開(kāi)號(hào)201610589129.X, CN 106048152 A, CN 106048152A, CN 201610589129, CN-A-106048152, CN106048152 A, CN106048152A, CN201610589129, CN201610589129.X
【發(fā)明人】王衛(wèi)衛(wèi), 馮光宏, 肖金福, 張宏亮, 倪冰, 崔懷周, 王寶山
【申請(qǐng)人】鋼鐵研究總院