CN110184544A - 一种低合金材料与使用该材料制成的零件的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低合金材料与使用所述低合金材料制成的零件的热处理工艺。所述低合金材料的配方体系如下：碳C：0.20～0.28、锰Mn：0.75～1.00、硅Si：0.35～0.50、磷P：≤0.020、硫S：≤0.020、镍Ni：0.80～1.00、铬Cr：0.50～0.80、钼Mo：0.20～0.40，剩余组分为铁Fe和其它微量残余元素；所述材料制成的零件经过正火、淬火和退火的热处理工序后成为成品。通过上述方式，本发明能够生产出符合美国石油标准ANSI/API Spec16A中的75K温度等级T‑75低合金材料，所述材料配方体系中合金成分控制界限明晰，相应零件的热处理工艺路线清晰高效，最终成品能够较好地达到标准要求的材料性能，有效提高我司产品在国际和国内市场上的竞争力。

Description

一种低合金材料与使用该材料制成的零件的热处理方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种低合金材料的配方体系与使用所述低合金材料制作的零件的热处理方法。
背景技术
美国石油学会作为世界上石油和天燃气领域的权威机构，其制定的标准被视为该领域的最高标准，逐渐被各国制造企业引用，我国相关制造企业为了产品能够进入国际市场也开始逐渐推行该类标准。在ANSI/API Spec16A标准中，对石油和天然气领域使用的低合金钢材料提出了明确的性能要求，
表19承压件的材料性能要求
表23夏比V型缺口冲击试验的验收准则
于此同时，标准中对于低合金材料中的合金成分只给出了最大控制量值：
表21承压件用钢的化学成分限制
通过比对，现有标准技术资料中没有与ANSI/API Spec16A标准中75K温度等级T-75低合金材料性能要求直接匹配的材料，也没有与之相适应的化学成分控制范围资料。因此，选择恰当的合金成分控制范围成了可靠达到性能要求的首要基础，除此之外，该项合金材料的合适的后续热处理工艺也是使用该项低合金材料达到标准要求的一个关键之处。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种低合金材料，能够达到ANSI/API Spec16A标准中75K温度等级。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种低合金材料，所述低合金材料为75K等级，所述低合金材料的组成成分如下：
碳C：0.20～0.28 锰Mn：0.75～1.00
硅Si：0.35～0.50 磷P：≤0.020
硫S：≤0.020 镍Ni：0.80～1.00
铬Cr：0.50～0.80 钼Mo：0.20～0.40，
剩余组分为铁Fe和其它微量残余元素。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种低合金材料制备的零件的热处理方法，所述低合金材料的制备的零件的热处理方法包括以下步骤：
步骤1装炉将待处理工件装入热处理炉中，装炉时工件之间间隔均匀且严禁捆绑和堆放；
步骤2正火正火的温度为880-900℃，当热处理炉内气氛达到设定的正火温度值时开始保温时间计时，保温结束后使用空气冷却至常温后根据图纸要求将工件加工成零件；
步骤3淬火零件在热处理炉中加热到840-870℃之间开始保温计时，计时结束后开始水冷淬火，淬火开始时水温不超过38℃，淬火结束时水温不超过49℃；
步骤4回火淬火结束后立即将零件放入热处理炉中加热到630-690℃之间开始保温计时，保温结束后在回火炉中冷却至300℃后将零件出炉空冷。
在本发明一个较佳实施例中，所述正火步骤的升温速度为80℃-100℃/h。
在本发明一个较佳实施例中，所述正火步骤中工件件在热处理炉中的保温时间与工件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述淬火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/25mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述回火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm。
本发明的有益效果是：本发明根据美国石油标准ANSI/API Spec16A中的要求，再其控制范围内进行多次实验获得75K温度等级T-75低合金材料的相应配方体系和后续的热处理方法，与常用的美标T-75低合金材料的配方体系相比，上述配方体系中减少了常用美标稀有金属元素钒的使用，降低了原料成本，同时在后续的处理步骤中使用正火工艺代替常用的退火工艺降低了加工的工时，而且最终成品能够较好地达到标准要求的材料性能，有效提高我司产品在国际和国内市场上的竞争力。
附图说明
图1零件热处理工序正火示意图；
图2零件热处理工序淬火、退火联合工序示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅附图：
实施例1
一种低合金材料，所述低合金材料为75K等级，所述低合金材料的组成成分如下：
碳C：0.20 锰Mn：0.75
硅Si：0.35 磷P：0.0150
硫S：0.010 镍Ni：0.80
铬Cr：0.50 钼Mo：0.20，
剩余组分为铁Fe和其它微量残余元素。
将所述低合金材料制备成相应的标准工件，然后经下述步骤进行热处理：
步骤1装炉将待处理工件装入热处理炉中，装炉时零件之间间隔均匀且严禁捆绑和堆放；
步骤2正火正火的温度为880-900℃，当热处理炉内气氛达到设定的正火温度值时开始保温时间计时，保温结束后使用空气冷却至常温，然后根据图纸将工件加工成相应的零件；
步骤3淬火将零件在热处理炉中加热到840-870℃之间开始保温计时，计时结束后开始水冷淬火，淬火开始时水温24℃，为常温循环水，淬火结束时水温不超过45℃，淬火的温度与材料的特性相适应，有效提高零件的性能；
步骤4回火淬火结束后立即将零件放入热处理炉中加热到630-690℃之间开始保温计时，保温结束后在回火炉中冷却至300℃后将零件出炉空冷。
在上述步骤中使用正火的方法代替常用的退火步骤，一方面提高了所述材料的加工性能，另一方面与退火相比，降低了加工时间，有效节省了工时。
所述正火步骤的升温速度为100℃/h太快容易导致加热不均匀，内部出现应力缺陷，太慢浪费能源。
所述正火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm，可以保证热透的同时不会过于浪费能源。
所述淬火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/25mm，可以保证淬火效果的同时，防止热量积聚过多，导致淬火过度产生淬火裂纹等缺陷。
所述回火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm，可以保证热量热透整个零件。
实施例2
一种低合金材料，所述低合金材料为75K等级，所述低合金材料的组成成分如下：
碳C：0.28 锰Mn：1.00
硅Si：0.50 磷P：≤0.015
硫S：≤0.010 镍Ni：1.00
铬Cr：0.80 钼Mo：0.40，
剩余组分为铁Fe和其它微量残余元素。
将所述低合金材料制备成相应的工件，然后经下述步骤进行热处理：
步骤1装炉将待处理工件装入热处理炉中，装炉时工件之间间隔均匀且严禁捆绑和堆放；
步骤2正火正火的温度为880-900℃，当热处理炉内气氛达到设定的正火温度值时开始保温时间计时，保温结束后使用空气冷却至常温，然后根据图纸将工件加工成零件；
步骤3淬火将零件在热处理炉中加热到840-870℃之间开始保温计时，计时结束后开始水冷淬火，淬火开始时水温24℃，为常温循环水，淬火结束时水温不超过40℃，淬火的温度与材料的特性相适应，有效提高零件的性能；
步骤4回火淬火结束后立即将零件放入热处理炉中加热到630-690℃之间开始保温计时，保温结束后在回火炉中冷却至300℃后将零件出炉空冷。
在上述步骤中使用正火的方法代替常用的退火步骤，一方面提高了所述材料的加工性能，另一方面与退火相比，降低了加工时间，有效节省了工时。
所述正火步骤的升温速度为100℃/h太快容易导致加热不均匀，工件内部出现应力缺陷，太慢浪费能源。
所述正火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与工件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm，可以保证热透的同时不会过于浪费能源。
所述淬火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/25mm，可以保证淬火效果的同时，防止热量积聚过多，导致淬火过度产生淬火裂纹等缺陷。
所述回火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm，可以保证热量热透整个零件。
实施例3
一种低合金材料，所述低合金材料为75K等级，所述低合金材料的组成成分如下：
碳C：0.25 锰Mn：0.85
硅Si：0.42 磷P：0.015
硫S：≤0.010 镍Ni：0.90
铬Cr：0.70 钼Mo：0.30，
剩余组分为铁Fe和其它残余微量元素。
将所述低合金材料制备成相应的工件，然后经下述步骤进行热处理：
步骤1装炉将待处理工件装入热处理炉中，装炉时零件之间间隔均匀且严禁捆绑和堆放；
步骤2正火正火的温度为880-900℃，当热处理炉内气氛达到设定的正火温度值时开始保温时间计时，保温结束后使用空气冷却至常温，然后将工件按照图纸要求加工成相应零件；
步骤3淬火将零件在热处理炉中加热到840-870℃之间开始保温计时，计时结束后开始水冷淬火，淬火开始时水温不超过38℃，为循环温水，淬火结束时水温不超过49℃，淬火的温度与材料的特性相适应，有效提高零件的性能；
步骤4回火淬火结束后立即将零件放入热处理炉中加热到630-690℃之间开始保温计时，保温结束后在回火炉中冷却至300℃后将零件出炉空冷。
在上述步骤中使用正火的方法代替常用的退火步骤，一方面提高了所述材料的加工性能，另一方面与退火相比，降低了加工时间，有效节省了工时。
所述正火步骤的升温速度为100℃/h太快容易导致加热不均匀，内部出现应力缺陷，太慢浪费能源。
所述正火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与工件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm，可以保证热透的同时不会过于浪费能源。
所述淬火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/25mm，可以保证淬火效果的同时，防止热量积聚过多，导致淬火过度产生淬火裂纹等缺陷。
所述回火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm，可以保证热量热透整个零件。
在上述实施例1-3的产品上截取试样检测结果见下表：
注：每种项目的检测数量为10次。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种低合金材料，所述低合金材料为75K温度等级，其特征在于，所述低合金材料的组成成分如下：
剩余组分为铁Fe和其它微量残余元素。
2.一种使用权利要求1所述的低合金材料制备的零件的热处理方法，其特征在于，所述低合金材料的制备的零件的热处理方法包括以下步骤：
步骤1装炉将待加工合金工件装入热处理炉中，装炉时工件件之间间隔均匀且严禁捆绑和堆放；
步骤2正火正火的温度为880-900℃，当热处理炉内气氛达到设定的正火温度值时开始保温时间计时，保温结束后使用空气冷却至常温然后将工件根据图纸加工成零件；
步骤3淬火零件在热处理炉中加热到840-870℃之间开始保温计时，计时结束后开始水冷淬火，淬火开始时水温不超过38℃，淬火结束时水温不超过49℃；
步骤4回火淬火结束后立即将零件放入热处理炉中加热到630-690℃之间开始保温计时，保温结束后在回火炉中冷却至300℃后将零件出炉空冷。
3.根据权利要求2所述的低合金材料制备的零件的热处理方法，其特征在于，所述正火步骤的升温速度为80℃-100℃/h。
4.根据权利要求2所述的低合金材料制备的零件的热处理方法，其特征在于，所述正火步骤中工件在热处理炉中的保温时间与工件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm。
5.根据权利要求2所述的低合金材料制备的零件的热处理方法，其特征在于，所述淬火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/25mm。
6.根据权利要求2所述的低合金材料制备的零件的热处理方法，其特征在于，所述回火步骤中零件在热处理炉中的保温时间与零件的有效厚度正相关，所述保温时间的计算方法为1h/20mm。
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