CN104988415A - 4c材质铸件及热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种4C材质铸件，所述4C材质铸件中的化学成分按重量百分比含量为：0.18%～0.3%的碳，0.55%～0.75%的硅，0.70%～1.00%的锰，0.40%～0.80%的铬，0.40%～0.80%的镍，0.15%～0.30%的钼，0.08%以下的铝，0.025%以下的磷，0.025%以下的硫，其余为铁和其它不可避免的杂质。一种用于所述4C材质铸件的热处理方法，包括：对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序前的稳定化正火处理；对4C材质铸件进行焊补工序前的预热处理；对4C材质铸件焊补工序完成后的淬火处理和回火处理。热处理后的4C材质铸件的力学性能满足抗拉强度为585～790MPa，屈服强度在655MPa以上，延伸率在19.5%以上，断面收缩率在57%以上，硬度HB为191～225。
Description
技术领域
本发明涉及一种4C材质铸件，具体涉及一种适用于开采石油（气）的井口装置的4C材质铸件及其热处理方法。
背景技术
本发明的4C材质铸件多用于自喷井和机采井等用来开采石油（气）的井口装置。井口装置的材料力学性能非常重要，一旦因零件力学性能失效造成安全事故，其后果往往是相当严重的，不仅会对环境造成影响，甚至还会给人的生命及经济财产带来巨大损失，因此保证井口装置中关键零部件材料力学性能是非常必要的。
井口装置的力学性能需满足抗拉强度为585～790MPa，屈服强度在655MPa以上，延伸率在19.5%以上，断面收缩率在57%以上，硬度HB为 191～225。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于井口装置的4C材质铸件，及一种能使4C材质铸件的力学性能达到井口装置所需力学性能要求的热处理方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种4C材质铸件，所述4C材质铸件中的化学成分按重量百分比含量为：0.18%～0.3%的碳，0.55%～0.75%的硅，0.70%～1.00%的锰，0.40%～0.80%的铬，0.40%～0.80%的镍，0.15%～0.30%的钼，0.08%以下的铝，0.025%以下的磷，0.025%以下的硫，其余为铁和其它不可避免的杂质。
作为优选，所述4C材质铸件的铸造过程包括气割工序、碳刨工序、焊补工序，所述4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序时，铸件的温度为250℃～360℃，气割工序和碳刨工序结束后，使用石棉布对4C材质铸件保温缓冷；4C材质铸件进行焊补工序时的表面温度为200℃～380℃。
本发明还提供了一种用于所述4C材质铸件的热处理方法，所述热处理方法依次包括：
（1）对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序前的稳定化正火处理；
（2）对4C材质铸件进行焊补工序前的预热处理；
（3）对4C材质铸件焊补工序完成后的淬火处理和回火处理；
所述稳定化正火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h～150℃/h的速度加热至900～920℃后进行保温；4C材质铸件的厚度在50mm以下时，保温时间为四小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加一小时；保温后自然冷却至340℃～360℃再对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序。
4C材质为低合金钢种，4C材质铸件在冷却过程中应力较大，如果直接对冒口进行切割，很容易出现裂纹。所以在气割冒口前需要对4C材质铸件做稳定化正火处理。4C铸件材质在常温焊补时，很容易出现裂纹，需要在焊补前对4C材质铸件进行预热处理。为满足4C材质铸件的力学性能，需对4C材质铸件在焊补后进行淬火处理和回火处理。
4C材质铸件的厚度从50mm为基准增加不足25mm，其保温时长也为四小时，铸件的厚度大于75mm小于100mm时，铸件的保温时长为五小时。
作为优选，所述预热处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中加热至360℃～380℃后进行保温，保温后对4C材质铸件进行焊补工序。
作为优选，所述预热处理中，4C材质铸件的厚度在50mm以下时，保温时间为二小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加一小时。4C材质铸件的厚度从50mm为基准增加不足25mm，其保温时长也为二小时，铸件的厚度大于75mm小于100mm时，铸件的保温时长为三小时。
作为优选，所述淬火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h～150℃/h的速度加热至880℃～900℃后进行保温，保温后将4C材质铸件淬入淬火介质中冷却。
作为优选，所述淬火处理中，4C材质铸件厚度为50mm以下时，保温时间为四小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加1小时，所述淬火介质为水。本发明的4C材质铸件用于井口装置，厚度不高、截面尺寸不大，且结构简单，适合用水作为淬火介质。水是冷却能力较强的淬火介质，来源广、价格低、且成分稳定不易变质。4C材质铸件的厚度从50mm为基准增加不足25mm，其保温时长也为四小时，铸件的厚度大于75mm小于100mm时，铸件的保温时长为五小时。
作为优选，所述回火处理为：采用高温回火，4C材质铸件厚度为50mm以下时，保温时间为四小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加1小时。本发明的回火处理有利于彻底消除4C材质铸件的内应力，提高4C材质铸件的塑性和韧性，使本发明的4C材质铸件的力学性能可达到所需要求。4C材质铸件的厚度从50mm为基准增加不足25mm，其保温时长也为四小时，铸件的厚度大于75mm小于100mm时，铸件的保温时长为五小时。
作为优选，所述回火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h～150℃/h的速度加热至560℃～625℃后进行保温，保温后自然冷却至室温。
对所述4C材质铸件使用上述热处理方法处理后，所述4C材质铸件的力学性能为：抗拉强度为585～760MPa，屈服强度在415MPa以上，延伸率在18%以上，断面收缩率在45%以上，布氏硬度在174HB以上，洛氏硬度在22HRC以下。
说明书附图
图1、本发明的热处理流程图。
具体实施方式
本发明的一种用于井口装置的4C材质铸件，其化学成分按重量百分比含量为：0.18%～0.3%的碳，0.55%～0.75%的硅，0.70%～1.00%的锰，0.40%～0.80%的铬，0.40%～0.80%的镍，0.15%～0.30%的钼，0.08%以下的铝，0.025%以下的磷，0.025%以下的硫，其余为铁和其它不可避免的杂质。该井口装置用的4C材质铸件的力学性能参数为：抗拉强度为585～790MPa，屈服强度在655MPa以上，延伸率在19.5%以上，断面收缩率在57%以上，硬度HB为 191～225。
本发明的4C材质铸件的热处理按照图1所示的顺序进行。
实施例1
将本发明的4C材质铸件的原料放入熔炼炉内，完成钢液熔化及化学成份调配；出炉时钢液化学成分必须符合要求，钢液的化学成分和各成分的质量百分比含量为：0.18%的碳，0.55%的硅，0.70%的锰，0.40%的铬，0.40%的镍，0.15%的钼，0.08%的铝，0.025%的磷，0.025%的硫，其余为铁和其它杂质。
将符合技术要求的钢液浇入铸型，待4C材质铸件冷却后取出；4C材质铸件的厚度为40mm。
4C材质铸件浇注成型后需要对其依次进行气割工序、碳刨工序、焊补工序。
4C材质为低合金钢种，4C材质铸件在冷却过程中应力较大，如果直接对冒口直接切割，很容易出现裂纹，需要在在气割工序前对4C材质铸件做稳定化正火处理。
稳定化正火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h的速度加热至900℃后进行保温，保温时间为四小时，保温后自然冷却至340℃再对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序。
气割工序和碳刨工序时，4C材质铸件的温度为250℃～360℃，气割工序和碳刨工序结束后，使用石棉布对4C材质铸件保温缓冷。
4C材质在常温焊补时，容易出现裂纹，需要在焊补前对4C材质铸件进行预热处理。
预热处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中加热至360℃后进行保温，保温时间为二小时，保温后对4C材质铸件进行焊补工序。
4C材质铸件进行焊补工序时的表面温度为200℃～380℃。
4C材质铸件的气割工序和焊补工序完成后，需对4C材质铸件做淬火处理和回火处理以保证4C材质铸件的力学性能。
淬火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h的速度加热至880℃后进行保温，保温时间为四小时，保温后将4C材质铸件淬入水中冷却。
回火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h的速度加热至560℃后进行保温，保温后自然冷却至室温，保温时间为四小时，保温后自然冷却至室温。
4C材质铸件经热处理后，其力学性能为：抗拉强度为585MPa，屈服强度为655MP，延伸率为19.5%，断面收缩率为57%，硬度HB为 191。
实施例2
将本发明的4C材质铸件的原料放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配；出炉时钢液化学成分必须符合要求，钢液的化学成分和各成分的质量百分比含量为：0.3%的碳， 0.75%的硅， 1.00%的锰， 0.80%的铬， 0.80%的镍， 0.30%的钼，0.08%的铝，0.025%的磷，0.025%的硫，其余为铁和其它不可避免的杂质。
将符合技术要求的钢液浇入铸型，待4C材质铸件冷却后取出；4C材质铸件的厚度为80mm。
4C材质铸件浇注成型后需要对其依次进行气割工序、碳刨工序、焊补工序。
4C材质为低合金钢种，4C材质铸件在冷却过程中应力较大，如果直接对冒口直接切割，很容易出现裂纹，需要在在气割工序前对4C材质铸件做稳定化正火处理。
稳定化正火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以150℃/h的速度加热至920℃后进行保温，保温时间为五小时，保温后自然冷却至360℃再对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序。
气割工序和碳刨工序时的4C材质铸件的温度为250℃～360℃，气割工序和碳刨工序结束后，使用石棉布对4C材质铸件保温缓冷。
4C材质在常温焊补时，容易出现裂纹，需要在焊补前对4C材质铸件进行预热处理。
预热处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中加热至380℃后进行保温，保温时间为三小时，保温后对4C材质铸件进行焊补工序。
4C材质铸件进行焊补工序时的表面温度为200℃～380℃。
4C材质铸件的气割工序和焊补工序完成后，需对4C材质铸件做淬火处理和回火处理以保证4C材质铸件的力学性能。
淬火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以150℃/h的速度加热至900℃后进行保温，保温时间为五小时，保温后将4C材质铸件淬入水中冷却。
回火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以150℃/h的速度加热至625℃后进行保温，保温时间为五小时，保温后自然冷却至室温。
4C材质铸件经热处理后，其力学性能为：抗拉强度为790MPa，屈服强度为695MPa，延伸率在21.5%以上，断面收缩率在63%以上，硬度HB为225。
实施例3
将本发明的4C材质铸件的原料放入熔炼炉内，完成铁液熔化及化学成份调配；出炉时钢液化学成分必须符合要求，钢液的化学成分和各成分的质量百分比含量为：0.23%的碳， 0.60%的硅， 0.75%的锰， 0.59%的铬， 0.61%的镍， 0.22%的钼，0.08%的铝，0.025%的磷，0.025%的硫，其余为铁和其它不可避免的杂质。
将符合技术要求的钢液浇入铸型，待4C材质铸件冷却后取出；4C材质铸件的厚度为30mm。
4C材质铸件浇注成型后需要对其依次进行气割工序、碳刨工序、焊补工序。
4C材质为低合金钢种，4C材质铸件在冷却过程中应力较大，如果直接对冒口直接切割，很容易出现裂纹，需要在在气割工序前对4C材质铸件做稳定化正火处理。
稳定化正火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以130℃/h的速度加热至910℃后进行保温，保温时间为四小时，保温后自然冷却至350℃再对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序，气割工序和碳刨工序时的4C材质铸件的温度为250℃～360℃，气割工序和碳刨工序结束后，使用石棉布对4C材质铸件保温缓冷。
4C材质在常温焊补时，容易出现裂纹，需要在焊补前对铸件进行预热处理。
预热处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中加热至370℃后进行保温，保温时间为两小时，保温后对4C材质铸件进行焊补工序。
4C材质铸件进行焊补工序时的表面温度为200℃～380℃。
4C材质铸件的气割工序和焊补工序完成后，需对4C材质铸件做淬火处理和回火处理以保证铸件的力学性能。
淬火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以130℃/h的速度加热至890℃后进行保温，保温时间为四小时，保温后将4C材质铸件淬入水中冷却。
回火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以130℃/h的速度加热至615℃后进行保温，保温时间为四小时，保温后自然冷却至室温。
4C材质铸件经热处理后，其力学性能为：抗拉强度为605MPa，屈服强度为698MPa，延伸率在20%以上，断面收缩率在59%以上，硬度HB为180。
本发明的4C材质铸件热处理后的力学性能可满足井口装置所必需的力学性能，使本发明的热处理后的4C材质铸件可用于井口装置。
Claims (9)
1.一种4C材质铸件，其特征在于所述4C材质铸件中的化学成分按重量百分比含量为：0.18%～0.3%的碳，0.55%～0.75%的硅，0.70%～1.00%的锰，0.40%～0.80%的铬，0.40%～0.80%的镍，0.15%～0.30%的钼，0.08%以下的铝，0.025%以下的磷，0.025%以下的硫，其余为铁和其它不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的4C材质铸件，其特征在于所述4C材质铸件的铸造过程包括气割工序、碳刨工序、焊补工序，所述4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序时，铸件的温度为250℃～360℃，气割工序和碳刨工序结束后，使用石棉布对4C材质铸件保温缓冷；4C材质铸件进行焊补工序时的表面温度为200℃～380℃。
3.一种用于权利要求1-2中所述4C材质铸件的热处理方法，其特征在于所述热处理方法依次包括：
（1）对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序前的稳定化正火处理；
（2）对4C材质铸件进行焊补工序前的预热处理；
（3）对4C材质铸件焊补工序完成后的淬火处理和回火处理；
所述稳定化正火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h～150℃/h的速度加热至900～920℃后进行保温；4C材质铸件的厚度在50mm以下时，保温时间为四小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加一小时；保温后自然冷却至340℃～360℃再对4C材质铸件进行气割工序和碳刨工序。
4.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于所述预热处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中加热至360℃～380℃后进行保温，保温后对4C材质铸件进行焊补工序。
5.根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于所述预热处理中，4C材质铸件的厚度在50mm以下时，保温时间为二小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加一小时。
6.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于所述淬火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h～150℃/h的速度加热至880℃～900℃后进行保温，保温后将4C材质铸件淬入淬火介质中冷却。
7.根据权利要求6所述的热处理方法，其特征在于所述淬火处理中，4C材质铸件厚度为50mm以下时，保温时间为四小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加1小时，所述淬火介质为水。
8.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于所述回火处理为：采用高温回火，4C材质铸件厚度为50mm以下时，保温时间为四小时，4C材质铸件的厚度每增加25mm保温时间增加1小时。
9.根据权利要求8所述的热处理方法，其特征在于所述回火处理为：将4C材质铸件置于热处理炉中以100℃/h～150℃/h的速度加热至560℃～625℃后进行保温，保温后自然冷却至室温。
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