CN109338048A - 一种基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法，其特征是：通过热处理工艺控制09MnNiD钢锻件的组织为保留板条状马氏体组织形貌的高温回火组织，使09MnNiD钢锻件的‑70℃低温冲击功KV2(‑70℃)在253J以上。本发明提供的热处理工艺方法操作简单、易实现，经济性优良。

Description

一种基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法
技术领域
本发明涉及一种提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法，具体地说是一种基于组织控制提高09MnNiD锻件低温冲击功的方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，国内对低温高韧性用钢的需求越来越大。09MnNiD钢作为-70℃级低温钢替代进口低温钢材得到了广泛应用。09MnNiD钢是在09Mn钢的基础上添加了0.45%～0.85%的镍元素，从而改善钢的低温冲击功，使钢在-45～-70℃低温范围内仍保持较高的强度和低温韧性。
组织控制是09MnNiD钢获得高的低温冲击功的关键。至今为止，尚未有一种适合基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法可供使用，一定程度上限制了09MnNiD钢的品质提升和制造成本下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有在提高09MnNiD钢锻件低温冲击功上方向性不明等问题，发明一种基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法。
本发明的技术方案是：
一种基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法，其特征是：通过热处理工艺控制09MnNiD钢锻件的组织为保留板条状马氏体组织形貌的高温回火组织，使09MnNiD钢锻件的-70℃低温冲击功KV2(-70℃)在253J以上。这是由于板条状马氏体组织形貌内有较多的亚结构（位错、孪晶、亚晶界），在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转多、路径长、消耗能量多，低温冲击功高的结果。
所述的热处理工艺的具体步骤为：首先将锻造后的钢锻件进行正火处理，然后进行奥氏体化处理和快速冷却处理并确保得到板条状马氏体组织，最后进行控制温度和时间的高温回火处理以确保保留板条状马氏体组织形貌。
所述的奥氏体化处理工艺为，加热至910℃～950℃，保温1h～2h。
所述的快速冷却处理工艺是指：水淬快速冷却，5分钟冷却至为15℃。
所述的高温回火处理处理工艺为：加热至630℃～650℃，保温3h后空冷。
本发明的有益效果是：
（1）本发明可以显著提高09MnNiD钢锻件的低温冲击功，如以实施例一和对比例一相比，-70℃低温冲击功KV2(-70℃)从7J提高到253J，提高程度巨大。
（2）本发明的热处理工艺中强调在淬火时要进行快速冷却，在短时间内迅速使锻件冷却下来，并且控制回火的温度和时间，以得到细板状马氏体组织，其组织中有较多的亚结构（位错、孪晶、亚晶界），进而在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转较多、路径长从而需要消耗更多的能量，从而提高09MnNiD钢的低温冲击功。
（3）本发明提供的热处理工艺方法操作简单、易实现，经济性优良，能为企业的生产提供理论和实践性指导。
附图说明
图1、2分别为本发明实施例一的金相组织图和低温冲击功试样断口表面形貌图。
图3、4分别为本发明实施例二的金相组织图和低温冲击功试样断口表面形貌图。
图5、6分别为为本发明对比例一中的金相组织图和低温冲击功试样断口表面形貌图。
图7、8分别为为本发明对比例一中的金相组织图和低温冲击功试样断口表面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例的09MnNiD钢的化学成份（质量百分比）满足以下条件：C 0.06～0.12；Si 0.15～0.35；Mn 1.20～1.60；Cr ≤0.30；Ni 0.45～0.85；Cu≤0.25；Nb≤0.050；P≤0.020；S≤0.01，余量为Fe，各组份之和为100%。
实施例一。
如图1、2所示。
将经正火处理的09MnNiD钢锻件加热至930℃保温2h，然后进行水淬快速冷却，5分钟冷却至约为15℃，将经水淬后的锻件进行高温回火，温度为650℃保温3h后空冷。
经如此热处理的09MnNiD钢锻件，其在-70℃的低温冲击功KV2(-70℃)为253J。锻件组织呈板条状回火马氏体组织形貌，其内部亚结构（位错、孪晶、亚晶界）多，在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转多、路径长，消耗能量大，保证了09MnNiD钢的高的低温冲击功（图1），断口表面呈典型的韧窝形貌（图2）。
实施例二。
如图3、4所示。
将经正火处理的09MnNiD钢锻件加热至910℃保温2h，然后进行水淬快速冷却，5分钟冷却至约为15℃，将经水淬后的锻件进行高温回火，温度为630℃保温3h后空冷。
经如此热处理的09MnNiD钢锻件，其在-70℃的低温冲击功KV2(-70℃)为255J。锻件组织呈板条状回火马氏体组织形貌，其内部亚结构（位错、孪晶、亚晶界）多，在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转多、路径长，消耗能量大，保证了09MnNiD钢的高的低温冲击功（图3），断口表面呈典型的韧窝形貌（图4）。
实施例三。
将经正火处理的09MnNiD钢锻件加热至950℃保温1h，然后进行水淬快速冷却，5分钟冷却至约为15℃，将经水淬后的锻件进行高温回火，温度为650℃保温3h后空冷。
经如此热处理的09MnNiD钢锻件，其在-70℃的低温冲击功KV2(-70℃)为261J。组织形貌、断口形貌与实施例一相似。
对比例一。
如图5、6所示。
将经正火处理的09MnNiD钢锻件加热至930℃保温2h后进行空冷，20分钟冷却至约为100℃，再将锻件进行高温回火，温度为650℃保温3h后空冷。
经如此热处理的09MnNiD钢锻件，其在-70℃的低温冲击功KV2(-70℃)仅为7J。锻件组织呈铁素体组织形貌，其内部亚结构（位错、孪晶、亚晶界）少，在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转少、路径短，消耗能量小，使得09MnNiD钢的低温冲击功极低（图5），断口表面呈典型的准理形貌（图6）。
对比例二。
如图7、8所示。
将经正火处理的09MnNiD钢锻件加热至950℃保温1h后进行空冷，20分钟冷却至约为100℃，再将锻件进行高温回火，温度为650℃保温3h后空冷。
经如此热处理的09MnNiD钢锻件，其在-70℃的低温冲击功KV2(-70℃)仅为26J。锻件组织呈铁素体组织形貌，其内部亚结构（位错、孪晶、亚晶界）少，在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转少、路径短，消耗能量小，使得09MnNiD钢的低温冲击功极低（图5），断口表面呈典型的准理形貌（图6）。
对比例三。
将经正火处理的09MnNiD钢锻件加热至910℃保温1.5h，然后进行水淬快速冷却，5分钟冷却至约为15℃，将经水淬后的锻件进行高温回火，温度为650℃保温15h后空冷。
经如此热处理的09MnNiD钢锻件，其在-70℃的低温冲击是出现了冲击功KV2(-70℃)仅为9J的现象，这是由于锻件回火时间太长，导致微观组织中的亚结构（位错、孪晶、亚晶界）发生合并、消毁，总量变少，组织变粗，导致在低温冲击裂纹扩展时裂纹偏转少、路径短，消耗能量小，从而影响了低温冲击功。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于组织控制提高09MnNiD钢锻件低温冲击功的方法，其特征是：通过热处理工艺控制09MnNiD钢锻件的组织为保留板条状马氏体组织形貌的高温回火组织，使09MnNiD钢锻件的-70℃低温冲击功KV2(-70℃)在253J以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：首先将锻造后的钢锻件进行正火处理，然后进行奥氏体化处理和快速冷却处理并确保得到板条状马氏体组织，最后进行控制温度和时间的高温回火处理以确保保留板条状马氏体组织形貌。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的奥氏体化处理工艺为：加热至910℃～950℃，保温1h～2h。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的快速冷却处理工艺是指：水淬快速冷却，5分钟冷却至为15℃。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的高温回火处理处理工艺为：加热至630℃～650℃，保温3h后空冷。
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