CN104962712A - 一种耐高压低碳合金钢的热处理方法 - Google Patents

Abstract

一种耐高压低碳合金钢的热处理方法，步骤为（1）渗碳淬火处理：将待处理的低碳合金钢材料经清洗后，放入气体渗碳炉内，加热至930±10℃，分别滴入甲醇和异丙醇，保温8-10小时后，随炉降温至850℃保温1小时，然后快速放入普通淬火油中冷却；（2）回火处理：将第（1）处理完成的低碳合金钢放入回火炉中，加热至420±10℃进行回火，待合金钢内外温度达到一致后保温4-5小时，然后空冷。本发明解决现有热处理工艺低温回火韧性差，而高温回火硬度低，高韧性和高耐磨性不能兼得的问题。

Description

一种耐高压低碳合金钢的热处理方法

技术领域

本发明属于钢的热处理工艺，特别涉及到耐高压低碳合金钢的热处理方法。

背景技术

高压流体输送元件（如高压活动弯头）是油田钻井、固井、压裂、测试等油田作业中，用于输送高压流体的重要部件，由于其内部输送的是高压流体（压力高达100MPa以上），还要承受高速粒子冲刷和酸化液的腐蚀，工况极其恶劣，易于发生疲劳裂纹或应力腐蚀裂纹破坏，导致管内流体刺漏，引发严重的安全事故。为了保证产品的安全性，要求活动弯头材料在具备较高强度的同时，还要有良好的韧性和耐腐蚀性能，必须符合API 6A或API 16C规范。

在油田作业中，高压流体管路经常需要通过活动弯头的转动来改变输送方向，要求这些部件表面耐磨，芯部强韧性好。目前，国内外普遍采用SAE8620(ASTM A29/A29M-05) 渗碳淬火加低温回火处理，按此工艺处理后，材料存在硬度高、塑韧性差的问题，以致使用过程中活动弯头时常发生脆裂。为了提高韧性，需要适当降低硬度。但降低硬度有可能对耐磨和耐冲蚀性造成影响，为此，需要找到硬度和韧性的平衡点的工艺，同时兼顾耐磨性和塑韧性要求。根据文献报道，目前没有一种渗碳淬火、回火工艺可以同时使得该钢获得一定的耐磨性和较高韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种耐高压低碳合金钢的热处理方法，使该钢具有优良的韧性和硬度组合，解决现有热处理工艺低温回火韧性差，而高温回火硬度低，高韧性和高耐磨性不能兼得的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种耐高压低碳合金钢的热处理方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）渗碳淬火处理：将待处理的低碳合金钢材料经清洗后，放入气体渗碳炉内，加热至930±10℃，分别滴入甲醇和异丙醇，保温8-10小时后，随炉降温至850℃保温1小时，然后快速放入普通淬火油中冷却；

（2）回火处理：将第（1）处理完成的低碳合金钢放入回火炉中，加热至420±10℃进行回火，待合金钢内外温度达到一致后保温4-5小时，然后空冷。

本发明具有以下突出优点：

（1）本发明的低碳合金钢SAE8620的热处理方法，经热处理后得到回火屈氏体组织，使材料保持一定的耐磨性和较高的韧性。

  （2）由于材料回火温度较高，避免了因回火不足导致的组织转变不彻底，诱发表面磨削裂纹等问题。

具体实施方式

    下面结合实施例，对本发明的实施方式作进一步说明。

实施例1

选取一块SAE8620低碳合金钢的钢材，该钢的主要成分见表2。

钢的原始态为直径（100）mm的轧材，对合金钢进行渗碳和回火处理，比较其强度和冲击性能

       表2  SAE8620低碳合金钢的化学成分（质量百分数%）

钢 号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni
									SAE8620	0.18	0.15	0.70	0.015	0.0020	0.40	0.15	0.40

    热处理工艺如下：

    （1）将待处理的SAE8620低碳合金钢材料试样放入炉温900℃左右渗碳炉中，加热至920℃后分别滴入甲醇和异丙醇进行渗碳处理，随后降温至850℃保温1h，然后迅速放入油中快速冷却。

（2）将渗碳淬火后的SAE8620低碳合金钢材料试样放入回火炉中，加热至410℃保温5h进行回火。然后分别取3个冲击韧性试样和3个强度试样，实验数据见表4。

             表4 实施例1强度和塑韧性实验结果

试样号	抗拉强度Rm(MPa)	屈服强度Rel(MPa)	延伸率A %	断面收缩率Z %	夏比冲击Akv(J)-29℃
						1#	850	720	18	42	36
2#	845	690	19	50	40
						3#	860	730	16	45	42
API 6A标准	820	655	15	25	27

实施例2

选取一块SAE8620低碳合金钢的钢材，该钢的主要成分见表5。 钢的原始态为直径（100）mm的轧材，对合金钢进行渗碳和回火处理，比较其强度和冲击性能

 表5  SAE8620低碳合金钢的化学成分（质量百分数%）

钢 号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni
									SAE8620	0.20	0.20	0.80	0.020	0.020	0.50	0.20	0.50

   热处理工艺如下：

    （1）将待处理的SAE8620低碳合金钢材料试样放入炉温900℃左右渗碳炉中，加热至940℃后分别滴入甲醇和异丙醇进行渗碳处理，随后降温至850℃保温1h，然后迅速放入油中快速冷却。

（2）将渗碳淬火后的SAE8620低碳合金钢材料试样放入回火炉中，加热至430℃保温5h进行回火。然后分别取3个冲击韧性试样和3个强度试样，实验数据见表7。

              表7 实施例2强度和塑韧性实验结果

试样号	抗拉强度Rm(MPa)	屈服强度Rel(MPa)	延伸率A %	断面收缩率Z %	夏比冲击Akv(J)-29℃
						1#	870	720	18	45	45
2#	855	680	20	50	40
						3#	880	740	17	880	42
API 6A标准	820	655	15	25	27

实施例3

选取一块SAE8620低碳合金钢的钢材，该钢的主要成分见表8。钢的原始态为直径（100）mm的轧材，对合金钢进行渗碳和回火处理，比较其强度和冲击韧性性能

 表8  SAE8620低碳合金钢的化学成分（质量百分数%）

钢 号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni
									SAE8620	0.23	0.35	0.90	0.025	0.0025	0.60	0.25	0.70

    热处理工艺如下：

    （1）将待处理的SAE8620低碳合金钢材料试样放入炉温900℃左右渗碳炉中，加热至930℃后分别滴入甲醇和异丙醇进行渗碳处理，随后降温至850℃保温1h，然后迅速放入油中快速冷却。

（2）将渗碳淬火后的SAE8620低碳合金钢材料试样放入回火炉中，加热至420℃保温5h进行回火。然后分别取3个冲击韧性试样和3个强度试样，实验数据见表10。

            表10实施例3强度和塑韧性实验结果

试样号	抗拉强度Rm(MPa)	屈服强度Rel(MPa)	延伸率A %	断面收缩率Z %	夏比冲击Akv(J)-29℃
						1#	855	710	19	52	42
2#	870	730	20	50	45
						3#	890	780	17.5	45	50
API 6A标准	820	655	15	25	27

综合以上三个实施例，从表4、表7和表10的数据可以看出，经过930±10℃渗碳淬火和420±10℃回火处理的试样，屈服强度(Rel)、抗拉强度（Rm）、延伸率(A)、-29℃冲击功(Akv)，所有力学性能指标都达到API 6A和API 16C标准要求。

 这主要是与合金钢渗碳淬火后，在420±10℃温度回火发生的组织转变有关，420±10℃回火处理的试样，从马氏体中析出的渗碳体片数量多、并开始发生球化，a相开始回复。经X射线和扫描电镜分析，组织为细针状铁素体和细粒状的碳化物组成的混合物，即回火屈氏体。

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种耐高压低碳合金钢的热处理方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）渗碳淬火处理：将待处理的低碳合金钢材料经清洗后，放入气体渗碳炉内，加热至930±10℃，分别滴入甲醇和异丙醇，保温8-10小时后，随炉降温至850℃保温1小时，然后快速放入普通淬火油中冷却；

（2）回火处理：将第（1）处理完成的低碳合金钢放入回火炉中，加热至420±10℃进行回火，待合金钢内外温度达到一致后保温4-5小时，然后空冷。