CN108914004B - 能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法，正火，先加热到610～650℃保温，再升温至880～900℃均温后保温，冷至室温；淬火，先加热到610～650℃保温，再升温至860～880℃均温后保温，降温淬火，出炉用水冷、空气冷、二次水冷，再油冷方式降温淬火；高温回火，先加热到320～350℃保温，再升温至580～610℃均温后保温；随炉冷却至400℃后，出炉空气冷。本发明采用正火+降温淬火+高温回火的热处理方式，可热处理有效截面为φ101mm～φ250mm的材料锻件，经本发明热处理的材料锻件延伸率可达16％～19％，能满足超高压力容器锻件的技术要求，生产过程操作性强。

Description

能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种中合金结构钢用大截面超高压容器锻件生产技术领域，主要涉及一种能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法。
背景技术
一般的PCrNi3MoVA热处理锻件的有效截面≤100mm的小型锻件。其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.32％～0.42％，Si:0.17％～0.37％，Mn:0.20％～0.80％，P≤0.012％，S≤0.008％，Cr:1.20％～1.50％，Ni:3.00％～3.50％，Mo:0.35％～0.45％，V：0.10％～0.25％，Cu≤0.20。其热处理方法是：加热到860～880℃淬火，保温时间按2h/100mm计算。回火：加热到550～620℃均温后保温，保温时间按2.0h/100mm计算，开出台车出炉空冷。小型锻件性能测试的取样位置在距表面1/2壁厚处。经测试，在保证强度、冲击的情况下，延伸率都只能达到14％，而标准要求的延伸率是16％。
由于该材料具有高强度和高冲击韧性，已被广泛运用于超高压力容器锻件中，随着压力容器设备使用的领域越来越广泛，压力容器设备的压力和截面也越来越大，因此该材料所要求的延伸率在大截面的锻件中，采用常规的调质热处理方法很难满足其延伸率要求，必须采用提高大截面延伸率热处理工艺的成分配比，热处理方式及温度，使锻件各项性能满足技术要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有高强度，高塑性和高冲击韧性，可满足大截面用超高压容器锻件使用的能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法。
本发明目的实现方式为，能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法，PCrNi3MoVA材料锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.32％～0.36％，Si:0.25％～0.35％，Mn:0.60％～0.75％，P:0.005％～0.008％，S≤0.005％，Cr:1.40％～1.50％，Ni:3.40％～3.50％，Mo:0.35％～0.45％，V：0.18％～0.25％，Cu：0.10％～0.15％，其余元素满足要求；
热处理的具体步骤如下：
1)先将PCrNi3MoVA材料锻件加热到610～650℃，并保温2小时，再升温至880～900℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，后用鼓风冷却至室温；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
2)将经步骤1)冷却至室温的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到610～650℃并保温2小时，再升温至860～880℃，均温后保温，保温时间按0.8h/100mm计算；再将温度速降至780～800℃，保温1～2小时后，出炉淬火；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
所述淬火方式为水冷、空气冷、二次水冷，再油冷；水冷时间按1.5s/mm计算，空气冷时间按0.6s/mm计算，二次水冷时间按0.9s/mm计算，油冷时间按10s/mm计算；
所述mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
3)将经步骤2)淬火后的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到320～350℃，并保温2小时，再升温至580～610℃，均温后保温；保温时间按2.0h/100mm计算，随炉冷却至400℃后，出炉空气冷，得PCrNi3MoVA材料锻件；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面。
本发明的热处理先正火，正火能细化晶粒，消除组织遗传，改善原始组织，起到细晶强化的作用，为调质做好组织准备；再淬火，淬火温度先高，充分奥氏体化后，快速冷却保温淬火，降温淬火可防止淬火开裂，为后续出炉淬火作准备；采用水冷、空气冷、二次水冷，再油冷的出炉淬火方式，能提高材料的延伸率和冲击韧性；淬火后立即回火得到高强度、高塑性和高韧性回火索氏体组织的材料锻件。
本发明有效解决了热处理有效截面为φ101mm～φ250mm的PCrNi3MoVA材料锻件的延伸率难以达到的技术难题。
本发明可热处理有效截面为φ101mm～φ250mm的材料锻件，经本发明热处理的PCrNi3MoVA材料锻件延伸率可达16％～19％，能满足超高压力容器锻件的技术要求，生产过程操作性强。
具体实施方式
本发明所用PCrNi3MoVA材料锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.32％～0.36％，Si:0.25％～0.35％，Mn:0.60％～0.75％，P:0.005％～0.008％，S≤0.005％，Cr:1.40％～1.50％，Ni:3.40％～3.50％，Mo:0.35％～0.45％，V：0.18％～0.25％，Cu：0.10％～0.15％，其余元素满足要求
本发明将PCrNi3MoVA材料锻件化学成分中的Ni由3.00％～3.50％限定为3.40％～3.50％，Cr由1.20％～1.50％限定为1.40％～1.50％，C由0.32％～0.42％限定为0.32％～0.36％，成分精控后，能使材料的强度和塑性、韧性达到最佳配合，为最终热处理后的PCrNi3MoVA材料锻件的延伸率达到目标要求。
本发明的锻件热处理采用正火+降温淬火+高温回火的热处理方式。正火，先加热到610～650℃保温，再升温至880～900℃均温后保温，冷至室温；淬火，先加热到610～650℃保温，再升温至860～880℃均温后保温，降温淬火，出炉用水冷、空气冷、二次水冷，再油冷方式降温淬火；高温回火，先加热到320～350℃保温，再升温至580～610℃均温后保温；随炉冷却至400℃后，开出台车出炉空气冷。
本申请人对用本发明热处理后的，有效截面为φ101mm～φ250mm的PCrNi3MoVA材料锻件作了力学性能测试，力学性能的取样位置为：端部切除至少2/3壁厚的余料后，试样中心线距表面1/2壁厚处，取样方向为横向。PCrNi3MoVA材料锻件的力学性能可达到：Rp0.2≥960MPa,Rm≥1070MPa，δ5≥16％，Z≥45％，AKV≥41J。
下面用具体实施例详述本发明。
实施例1：
热处理PCrNi3MoVA材料锻件热处理有效截面为φ120mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.32％，Si:0.26％，Mn:0.66％，P：0.008％，S：0.005％，Cr:1.50％，Ni:3.45％，Mo:0.35％，V：0.20％，Cu：0.10％，其余元素满足要求。
热处理的具体步骤如下：
1)先将PCrNi3MoVA材料锻件加热到610℃并保温2小时，再升温至890℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为1.2h，后用鼓风冷却至室温。
2)将经步骤1)冷却至室温的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到610℃并保温2小时，再升温至870℃均温后保温，保温时间按0.8h/100mm计算为1h；再将温度速降至780℃，保温1小时后，出炉淬火；
所述淬火方式为水冷、空气冷、二次水冷，再油冷；水冷时间按1.5s/mm计算为3分钟，空气冷时间按0.6s/mm计算为1.2分钟，二次水冷时间按0.9s/mm计算为1.8分钟，油冷时间按10s/mm计算为20分钟。
3)将经步骤2)淬火后的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到340℃并保温2小时，再升温至590℃均温后保温；保温时间按2.0h/100mm计算为2.4h，随炉冷却至400℃后，出炉空气冷，得PCrNi3MoVA材料锻件。
本实施例热处理的PCrNi3MoVA材料的δ5(延伸率)：19％。
实施例2：
热处理PCrNi3MoVA材料锻件热处理有效截面为φ150mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.34％，Si:0.25％，Mn:0.6％，P：0.006％，S：0.005％，Cr:1.40％，Ni:3.4％，Mo:0.35％，V：0.18％，Cu：0.15％。
热处理的具体步骤如下：
1)先将PCrNi3MoVA材料锻件加热到630℃并保温2小时，再升温至880℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为1.5h，后用鼓风冷却至室温。
2)将经步骤1)冷却至室温的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到630℃并保温2小时，再升温至860℃均温后保温，保温时间按0.8h/100mm计算为1.2h；再将温度速降至780℃，保温1小时后，出炉淬火；
所述淬火方式为水冷、空气冷、二次水冷，再油冷；计算出：水冷时间按1.5s/mm计算为3.75分钟、空气冷时间按0.6s/mm计算为1.5分钟、二次水冷时间按0.9s/mm计算为2.25分钟、油冷时间按10s/mm计算为25分钟。
3)将经步骤2)淬火后的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到350℃并保温2小时，再升温至580℃均温后保温；保温时间按2.0h/100mm计算为3.0h，随炉冷却至400℃后，出炉空气冷，得PCrNi3MoVA材料锻件。
夲实施例热处理的PCrNi3MoVA材料锻件的δ5(延伸率)：18％。
实施例3：
热处理PCrNi3MoVA材料锻件热处理有效截面为φ200mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.30％，Mn:0.7％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.50％，Ni:3.5％，Mo:0.40％，V：0.20％，Cu：0.11％。
热处理的具体步骤如下：
1)先将PCrNi3MoVA材料锻件加热到620℃并保温2小时，再升温至900℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为2.0h，后用鼓风冷却至室温。
2)将经步骤1)冷却至室温的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到620℃并保温2小时，再升温至880℃均温后保温，保温时间按0.8h/100mm计算为1.6h；再将温度速降至790℃，保温2小时后，出炉淬火；
所述淬火方式为水冷、空气冷、二次水冷，再油冷；计算出：水冷时间按1.5s/mm计算为5分钟、空气冷时间按0.6s/mm计算为2分钟、二次水冷时按0.9s/mm计算为间3分钟、油冷时间按10s/mm计算为34分钟。
3)将经步骤2)淬火后的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到330℃并保温2小时，再升温至600℃均温后保温；保温时间按2.0h/100mm计算为4.0h，随炉冷却至400℃后，出炉空气冷，得PCrNi3MoVA材料锻件。
夲实施例热处理的PCrNi3MoVA材料锻件的δ5(延伸率)：17％。
实施例4：
热处理PCrNi3MoVA材料锻件热处理有效截面为φ250mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.36％，Si:0.35％，Mn:0.75％，P：0.005％，S：0.005％，Cr:1.50％，Ni:3.5％，Mo:0.45％，V：0.25％，Cu：0.12％。
热处理的具体步骤如下：
1)先将PCrNi3MoVA材料锻件加热到650℃并保温2小时，再升温至890℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算为2.5h，后用鼓风冷却至室温。
2)将经步骤1)冷却至室温的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到650℃并保温2小时，再升温至870℃均温后保温，保温时间按0.8h/100mm计算为2.0h；再将温度速降至800℃，保温2小时后，出炉淬火；
所述淬火方式为水冷、空气冷、二次水冷，再油冷；计算出：水冷时间按1.5s/mm计算为6.25分钟、空气冷时间按0.6s/mm计算为2.5分钟、二次水冷时间按0.9s/mm计算为3.75分钟、油冷时间按10s/mm计算为42分钟。
3)将经步骤2)淬火后的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到320℃并保温2小时，再升温至610℃均温后保温；保温时间按2.0h/100mm计算为5.0h，随炉冷却至400℃后，出炉空气冷，得PCrNi3MoVA材料锻件。
夲实施例热处理的PCrNi3MoVA材料锻件的δ5(延伸率)：16％。

Claims (1)

1.能提高PCrNi3MoVA材料锻件延伸率的热处理方法，其特征在于：PCrNi3MoVA材料锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.32％～0.36％，Si:0.25％～0.35％，Mn:0.60％～0.75％，P:0.005％～0.008％，S≤0.005％，Cr:1.40％～1.50％，Ni:3.40％～3.50％，Mo:0.35％～0.45％，V：0.18％～0.25％，Cu：0.10％～0.15％，其余元素满足要求；
热处理的具体步骤如下：
1)先将PCrNi3MoVA材料锻件加热到610～650℃，并保温2小时，再升温至880～900℃，均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，后用鼓风冷却至室温；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
2)将经步骤1)冷却至室温的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到610～650℃并保温2小时，再升温至860～880℃，均温后保温，保温时间按0.8h/100mm计算；再将温度速降至780～800℃，保温1～2小时后，出炉淬火；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
所述热处理的材料锻件的有效截面为φ101mm～φ250mm；
所述淬火方式为水冷、空气冷、二次水冷，再油冷；水冷时间按1.5s/mm计算，空气冷时间按0.6s/mm计算，二次水冷时间按0.9s/mm计算，油冷时间按10s/mm计算；
所述mm指的是材料锻件热处理的有效截面；
3)将经步骤2)淬火后的PCrNi3MoVA材料锻件先加热到320～350℃，并保温2小时，再升温至580～610℃，均温后保温；保温时间按2.0h/100mm计算，随炉冷却至400℃后，出炉空气冷，得PCrNi3MoVA材料锻件；
所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面。
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