CN106893816B - 一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，先将高镍低碳系列钢加热保温，随后冷却至室温，得到以马氏体为主的组织；然后重新加热至两相区，保温，油淬至室温，得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织；再重新加热至单相区淬火，保温，油淬至室温，得到工件；然后将工件液氮冷却，保温，回温至室温，得到均匀细小的板条马氏体组织；最后进行回火处理，保温，空冷至室温，得到“细小板条马氏体+逆转奥氏体+少量碳化物”复合组织；本发明具有提高超低温压力容器低温韧性和较高的强度的优点。

Description

一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺
技术领域
本发明涉及钢强韧化处理工艺，特别涉及一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺。
背景技术
在常温下，钢铁材料通常具有良好的强韧性，得到广泛应用。而在低于室温时，随着温度降低，钢铁材料的韧性会急剧下降，甚至可能突发脆性断裂，从而造成严重后果。镍系低温用钢在一定程度上解决了这一问题，该系列钢主要特点是低碳含量、高镍含量、高纯净度、较高强度、较高低温冲击韧性、良好焊接性能，使用温度最低可达-196℃，因而成为制造低温压力容器，如液态乙烯(-104℃)、液化天然气(-163℃)、液氧(-183℃)、液氮(-196℃)储罐的主要材料，随着石化工业的发展，气体的液化、分离、贮运及应用越来越广泛，对低温技术和设备的低温性能与可靠性提出越来越高的要求，而传统热处理工艺很难显著改善高镍低碳系列钢的低温韧性，严重影响超低温压力容器的安全性，如中国专利“一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺”(申请公布号：CN104745770A)所涉及的钢含镍质量百分比为Ni＝8.5～10％和“一种低温镍钢的热处理淬火深冷处理方法”(申请公布号：CN201310291288.8)对9Ni钢进行液氮深冷处理；因此，开发新的超低温压力容器用钢的强韧化处理工艺显得非常必要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，能够：(a)获得组织细小、位向关系各异的板条马氏体，有效阻碍裂纹扩展，显著提高超低温压力容器低温韧性；(b)获得马氏体与逆转奥氏体复合组织，进一步改善低温韧性；(c)通过引入深冷处理工艺，在提高低温韧性同时保持了较高的强度。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其步骤为：
步骤一：将高镍低碳系列钢加热到1050～1150℃保温12～18小时，随后冷却至室温，得到以马氏体为主的组织；
步骤二：两相区淬火：将步骤一中得到的以马氏体为主的组织重新加热至650～700℃两相区，保温0.5～1小时，之后立即油淬至室温，得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织；
步骤三：单相区淬火：将步骤二中得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织重新加热至830～880℃单相区淬火，保温0.5～1小时，之后油淬至室温，得到工件；
步骤四：深冷处理：将步骤三得到的工件液氮冷却至-196℃，保温1～2小时，之后回温至室温，得到均匀细小的板条马氏体组织；
步骤五：回火处理：将步骤四得到的均匀细小的板条马氏体组织进行480～580℃回火处理，保温3～5小时，空冷至室温，得到“细小板条马氏体+逆转奥氏体+少量碳化物”复合组织。
所述的步骤一中的冷却至室温的方法为雾冷和油冷中的一种。
所述的步骤一中高镍低碳系列钢，其组成成分为：碳含量C<0.05％，镍含量Ni＝5.5～10％，微量元素低于1％，余量为Fe，微量元素包括Mn、Mo、Si和Cr。
本发明的有益效果：
1、先进行两相区淬火(加热温度较低，见图1)，得到位向关系完全不同的两种马氏体复合组织：“新生马氏体+原始马氏体”；再进行单相区淬火(加热温度较高，见图1步骤[3])，此时，两种不同的马氏体会阻碍奥氏体晶粒长大，最终得到组织细小、位向关系的板条马氏体，有效阻碍裂纹扩展，显著提高超低温压力容器低温韧性；
2、调控步骤五的回火温度与时间，对逆转变奥氏体及析出碳化物的含量进行控制，以得到合适强韧性配合，满足不同产品对性能的要求；
3、步骤一的加热、保温处理，能够使碳、镍等合金元素完全溶解于奥氏体并均匀化，调控Ni含量，以满足不同压力容器使用温度，达到性能要求的同时，尽可能降低制造成本。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图。
具体实施方式
实施例1
一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其步骤为：
步骤一：将材料为6.5Ni高镍低碳压力容器钢加热到1150℃保温12小时，随后冷却至室温，得到以马氏体为主的组织；
步骤二：两相区淬火：将步骤一中得到的以马氏体为主的组织重新加热至670℃两相区，保温0.5小时，之后立即油淬至室温，得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织；
步骤三：单相区淬火：将步骤二中得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织重新加入至840℃单相区淬火，保温0.5小时，之后油淬至室温，得到工件；
步骤四：深冷处理：将步骤三得到的工件液氮冷却至-196℃，保温2小时，之后回温至室温，得到均匀细小的板条马氏体组织；
步骤五：回火处理：将步骤四得到的均匀细小的板条马氏体组织进行530℃回火处理，保温5小时，得到“细小板条马氏体+逆转奥氏体+少量碳化物”复合组织。
对实施例1工件的力学性能进行测试，屈服强度为：675MPa、抗力强度为：745MPa、冲击功(-196℃)为：117J。
实施例2
一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其步骤为：
步骤一：将9.5Ni高镍低碳压力容器钢加热到1100℃保温16小时，随后冷却至室温，得到以马氏体为主的组织；
步骤二：两相区淬火：将步骤一中得到的以马氏体为主的组织重新加热至700℃两相区，保温1小时，之后立即油淬至室温，得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织；
步骤三：单相区淬火：将步骤二中得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织重新加入至850℃单相区淬火，保温0.5小时，之后油淬至室温，得到工件；
步骤四：深冷处理：将步骤三得到的工件液氮冷却至-196℃，保温1小时，之后回温至室温，得到均匀细小的板条马氏体组织；
步骤五：回火处理：将步骤四得到的均匀细小的板条马氏体组织进行580℃回火处理，保温3小时，空冷至室温，得到“细小板条马氏体+逆转奥氏体+少量碳化物”复合组织。
对实施案例工件的力学性能进行测试，屈服强度为：650MPa、抗力强度为：715MPa、冲击功(-196℃)为：160J。
实施例3
一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其步骤为：
步骤一：将9.5Ni高镍低碳压力容器钢加热到1050℃保温18小时，随后冷却至室温，得到以马氏体为主的组织；
步骤二：两相区淬火：将步骤一中得到的以马氏体为主的组织重新加热至690℃两相区，保温40分钟，之后立即油淬至室温，得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织；
步骤三：单相区淬火：将步骤二中得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织重新加入至880℃单相区淬火，保温1小时，之后油淬至室温，得到工件；
步骤四：深冷处理：将步骤三得到的工件液氮冷却至-196℃，保温1.5小时，之后回温至室温，得到均匀细小的板条马氏体组织；
步骤五：回火处理：将步骤四得到的均匀细小的板条马氏体组织进行480℃回火处理，保温4小时，空冷至室温，得到“细小板条马氏体+逆转奥氏体+少量碳化物”复合组织。
对实施案例工件的力学性能进行测试，屈服强度为：680MPa、抗力强度为：730MPa、冲击功(-196℃)为：160J。

Claims (4)

1.一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其步骤为：
步骤一：将高镍低碳系列钢加热到1050～1150℃保温12～18小时，随后冷却至室温，得到以马氏体为主的组织；
步骤二：两相区淬火：将步骤一中得到的以马氏体为主的组织重新加热至650～700℃两相区，保温0.5～1小时，之后立即油淬至室温，得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织；
步骤三：单相区淬火：将步骤二中得到“新生马氏体+原始马氏体”复合组织重新加热至830～880℃单相区淬火，保温0.5～1小时，之后油淬至室温，得到工件；
步骤四：深冷处理：将步骤三得到的工件液氮冷却至-196℃，保温1～2小时，之后回温至室温，得到均匀细小的板条马氏体组织；
步骤五：回火处理：将步骤四得到的均匀细小的板条马氏体组织进行480～580℃回火处理，保温3～5小时，空冷至室温，得到“细小板条马氏体+逆转奥氏体+少量碳化物”复合组织。
2.根据权利要求1所述的一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其特征在于，所述的步骤一中的冷却至室温的方法为雾冷和油冷中的一种。
3.根据权利要求1所述一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其特征在于，所述的步骤一中高镍低碳系列钢，其组成成分为：碳含量C<0.05％，镍含量Ni＝5.5～10％，微量元素低于1％，余量为Fe。
4.根据权利要求3所述一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，其特征在于，所述的微量元素包括Mn、Mo、Si和Cr。
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