CN106399653A - 一种提高1Ni9低温钢冲击韧性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高1Ni9低温钢冲击韧性的方法，具体为将淬火和两相区淬火后的1Ni9低温钢以1‑5℃/min的降温速率降至‑140℃～‑196℃，保温24小时以上，然后以1‑5℃/min的速率升至室温，进行常规回火处理。本发明将深冷处理与两相区淬火相结合，通过选择适当的深冷处理工艺参数，使1Ni9的室温和低温冲击韧性均得到提高，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及材料热处理及深冷处理领域。更具体地，涉及一种提高1Ni9低温钢冲击韧性的方法。
背景技术
随着低温技术在各个行业的不断应用，对于低温钢的需求不断增加。例如，液化天然气(LNG)作为一种清洁能源在能源结构中的比例越来越大，因此，对LNG储罐用低温结构材料的需求压力与日俱增。1Ni9是一种含镍8.5％～9.5％的低碳马氏体型低温用钢，其在低温下具有较高的屈服强度和抗拉强度、优良的低温韧性、良好的焊接性能，在-196℃以上无韧-脆转变现象，热处理后-196℃条件下的冲击功能达到200J以上，因此广泛应用于液化天然气、液氧、液氮等储罐用钢。
由于LNG储罐和LNG船向大型化方向发展，同时为了减少焊缝和提高安全系数，要求1Ni9钢钢板规格向更厚、更宽的方向发展，在保证强度的前提下，要求低温韧性越高越好。此外，风机被广泛用于冶金、石化、医药、通风引风等领域，是上述领域的动力来源和心脏。随着国民经济的发展，极低温等极限工况对风机的选材提出了更高的要求，大型低温风机的不断发展也对1Ni9低温钢的性能提出了更高的要求。
因此，需要提供一种有效提高1Ni9低温钢冲击韧性的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将深冷处理工艺与QLT热处理相结合处理1Ni9低温钢的方法，该方法能有效提高1Ni9低温钢冲击韧性。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种提高1Ni9低温钢冲击韧性的方法，包括以下步骤：将淬火和两相区淬火后的1Ni9低温钢进行深冷处理，然后进行常规的回火处理；其中，所述深冷处理为以1-5℃/min(例如为：1，2，3，4或5℃/min)的降温速率降至-140℃～-196℃(例如为：-140，-150，-160，-170，-180，-190或-196℃)，保温24小时以上，保温结束后以1-5℃/min(例如为：1，2，3，4或5℃/min)的升温速率将1Ni9低温钢升至室温。
进一步，所述淬火(Q)的温度为780-800℃，保温时间为80-100min，冷却方式为水淬；优选的，所述淬火(Q)的温度为790℃，保温时间为90min；
所述两相区淬火(L)温度为660-680℃，保温时间为80-100min min，冷却方式为水淬；优选的，两相区淬火(L)温度为670℃，保温时间为90min；
所述常规回火(T)温度为560-580℃，保温时间为2.5-3.5h，冷却方式为空冷；优选的，所述常规回火(T)温度为570℃，保温时间为3h；
所述深冷处理在两相区淬火(L)后一小时内进行。
本发明采用了深冷处理与新型QLT热处理工艺相结合的工艺处理方法，通过选择适当的深冷处理温度、保温时间、升降温速率等工艺参数来促使1Ni9微观组织中的逆转奥氏体形态及含量发生转变来实现冲击韧性的提高。
另外注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
本发明将深冷处理与两相区淬火相结合，实现了对逆转奥氏体的形态和含量的影响。两相区淬火后1Ni9微观组织中含有少量的残余奥氏体，此时进行-140℃～-196℃的深冷处理能够促使这部分残余奥氏体转变为马氏体，从而避免了回火过程中这部分残余奥氏体直接形核长大形成大块的不稳定的逆转奥氏体。此外，由于低温下晶格结构的收缩以及残余奥氏体的转变，必然在组织中引起较高的内应力，内应力的提升为回火过程中原子的扩散提供了更多的动能，从而使得回火后形成了更加稳定的条状逆转奥氏体。两相区淬火通过使逆转奥氏体由块状转变为条状提高其稳定性，从而提高1Ni9的室温冲击韧性，此外，通过提高组织中逆转奥氏体的含量来提高1Ni9的低温冲击韧性。同时增加深冷处理对材料的强度、塑性没有明显的影响，同时还能提高1Ni9的尺寸稳定性，另外，深冷处理实现较为容易、低成本、无污染，因此本发明方法具有广泛的应用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为提高1Ni9冲击韧性的处理工艺示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
将1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的试样数件，将试样进行淬火处理，淬火工艺：790℃×90min，水淬。
对淬火后的试样进行双相区淬火：670℃×90min，水淬。
将双相区淬火后的试样置于深冷箱中，以1℃/min的速率降至-140℃保温24小时，然后以1℃/min的速率升至室温。
对试样进行回火处理：570℃×3h，空冷。
实施例2
将1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的试样数件，将试样进行淬火处理，淬火工艺：790℃×90min，水淬。
对淬火后的试样进行双相区淬火：670℃×90min，水淬。
将双相区淬火后的试样置于深冷箱中，以1℃/min的速率降至-196℃保温24小时，然后以1℃/min的速率升至室温。
对试样进行回火处理：570℃×3h，空冷。
实施例3
将1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的试样数件，将试样进行淬火处理，淬火工艺：780℃×80min，水淬。
对淬火后的试样进行双相区淬火：660℃×80min，水淬。
将双相区淬火后的试样置于深冷箱中，以5℃/min的速率降至-196℃保温24小时，然后以5℃/min的速率升至室温。
对试样进行回火处理：560℃×2.5h，空冷。
实施例4
将1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的试样数件，将试样进行淬火处理，淬火工艺：800℃×100min，水淬。
对淬火后的试样进行双相区淬火：680℃×100min，水淬。
将双相区淬火后的试样置于深冷箱中，以3℃/min的速率降至-170℃保温36小时，然后以5℃/min的速率升至室温。
对试样进行回火处理：580℃×3.5h，空冷。
对比例1
将1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的试样数件，将试样进行淬火处理，淬火工艺：790℃×90min，水淬。
对淬火后的试样进行双相区淬火：670℃×90min，水淬。
对试样进行回火处理：570℃×3h，空冷。
即与实施例1相比，不进行深冷处理。
试验例1
对实施例1、2和对比例1处理后的试样按照GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》和GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》要求进行加工并检测拉伸性能和冲击韧性，结果如表1所示。
表1 1Ni9材料室温拉伸性能和冲击韧性测试结果
如表1所示，经过本发明的方法处理后，1Ni9材料的室温冲击韧性均比未经过深冷处理的高，其中实施例1处理后冲击韧性提高了23J，同时不对强度和塑性产生明显的影响，说明本发明的工艺处理方法能够提高1Ni9的室温冲击韧性。
试验例2
对处理后的试样按照GB/T 4159-1984《金属低温夏比冲击试验方法》要求检测-110℃和-196℃下的冲击功。结果如表2所示。
表2 1Ni9材料低温冲击韧性测试结果
如表2所示，经过本发明的方法处理后，1Ni9材料的低温冲击韧性均比增加深冷处理的材料高，说明本发明的工艺方法能够提高1Ni9材料的低温冲击韧性，从而更有利于其在低温环境下的应用。
试验例3深冷处理工艺参数的选择
将淬火和双相区淬火后的试样(试样及工艺同实施例1)，按照表3的处理方式对上述试样进行深冷处理，每个工艺设置三次重复，对处理后的试样按照GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》和GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》要求进行加工并检测拉伸性能和冲击韧性，结果见表4(每一工艺对应的结果均为该工艺处理后的三个试样结果平均值)。
表3 1Ni9深冷处理工艺及编号
表4不同工艺处理后1Ni9的拉伸及冲击性能结果
如表4所示，可以看出1Ni9低温钢经过淬火和两相区淬火后进行以1-5℃/min的降温速率降至-140℃～-196℃，保温24小时以上，然后以1-5℃/min的升温速率升至室温的深冷处理时，比以其他条件的深冷处理的冲击韧性高，同时不对强度和塑性产生明显的影响，说明本发明的工艺参数，即以1-5℃/min的降温速率降至-140℃～-196℃，保温24小时以上，保温结束后以1-5℃/min的升温速率升至室温的深冷处理方法能有效提高1Ni9的室温冲击韧性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种提高1Ni9低温钢冲击韧性的方法，其特征在于，包括以下步骤：将淬火和两相区淬火后的1Ni9低温钢进行深冷处理，然后进行常规回火处理；其中，所述深冷处理为以1-5℃/min的降温速率降至-140℃～-196℃，保温24小时以上，保温结束后以1-5℃/min的升温速率将1Ni9低温钢升至室温。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬火的温度为780-800℃，保温时间为80-100min，冷却方式为水淬。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述淬火的温度为790℃，保温时间为90min。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两相区淬火温度为660-680℃，保温时间为80-100min，冷却方式为水淬。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述两相区淬火温度为670℃，保温时间为90min。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述常规回火温度为560-580℃，保温时间为2.5-3.5h，冷却方式为空冷。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述常规回火温度为570℃，保温时间为3h。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深冷处理在两相区淬火后一小时内进行。
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| CN106399653B (zh) | 2018-01-30 |
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