CN112322867A - 提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺 - Google Patents

提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高核电用Cr‑Ni‑Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，包括1)一次正火：先将锻件加热到600℃～650℃并保温，再升温至900℃～940℃均温后再次保温，出炉后鼓风冷却至室温；2)二次正火：将经一次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温，再升温至840℃～880℃均温后再次保温，出炉后鼓风冷却至室温；3)淬火：将经二次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温，再升温至850℃～890℃均温后再次保温，出炉后水冷至250℃以下；4)高温回火将淬火后的锻件加热到200℃～250℃并保温，再升温至595℃～625℃均温后再次保温出炉后在空气中冷却至室温。本发明工艺简单，有效改善锻件内部组织、细化晶粒，提高锻件的综合机械性能。

Description

提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理 工艺
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体的说是一种提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺。
背景技术
随着近年来我国核电产业的快速发展，国内装备制造业进入了更加活跃的新阶段，以核电为代表的新兴产业异军突起，具有广阔的市场前景。核电产品的技术要求非常高，材质的选取尤为关键。Cr-Ni-Mo材质钢由于其本身特有的属性，在核电领域得到了较为广泛的应用。在调质热处理状态下，Cr-Ni-Mo材质锻件具有优良的强度和韧性，可用于制作支座、拉伸杆、叉形连接件等核电重要承力部件。
Cr-Ni-Mo材质钢作为核电用国标超高强度钢适用的合金结构钢，其机械性能指标验收要求为：室温拉伸试验(ASTM A370标准)的屈服强度RP0.2在895MPa～1035MPa之间，抗拉强度Rm≥928MPa，延伸率A4≥15％，断面收缩率Z≥43％；325℃拉伸试验(ASTM E21标准)的屈服强度RP0.2≥765MPa，抗拉强度Rm≥928MPa；-18℃冲击试验(ASTM A370标准)中每组三个试样的冲击吸收功AKV平均值≥47J，任意单值≥41J。在应用Cr-Ni-Mo材质制作大型锻件如支座、拉伸杆、叉形连接件等大型核电产品时，在进行调质热处理后，325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功低于验收值，必须研究并设计出一种优化的热处理工艺，来改善锻件内部组织，提高其综合机械性能，使机械性能各项指标均满足验收要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单，有效改善锻件内部组织、细化晶粒，提高锻件的综合机械性能，解决核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功低于验收要求的难题的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺。
技术方案，所述锻件的化学成分(％，wt，熔炼分析)为：C≤0.40％，Si≤0.10％，Mn≤0.70％，P≤0.012％，S≤0.015％，Cr:0.75％～2.00％，Ni:2.00％～4.00％，Mo:0.20％～0.70％，V≥0.05％，Al≤0.015％；
所述热处理工艺为：
1)一次正火：先将锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至900℃～940℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)二次正火：将经一次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至840℃～880℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火：将经二次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至850℃～890℃均温后再次保温，出炉后水冷至250℃以下
4)高温回火将淬火后的锻件加热到200℃～250℃并保温4-6小时，再升温至595℃～625℃均温后再次保温出炉后在空气中冷却至室温。
所述步骤1)中再升温的温度为925℃～935℃。
所述步骤2)中再升温的温度为860℃～870℃。
所述步骤(1)、(2)和(3)中，再次保温的时间按1h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
所述步骤(4)中，再次保温的时间按2h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
所述步骤(3)的水冷操作时，采用一次水冷、空冷、二次水冷的间歇冷却方式。
所述一次水冷时间为20-40分钟、空冷时间为2.5-5.5分钟、二次水冷时间为15分钟。
所述锻件的有效厚度不小于300mm。
针对背景技术存在的问题，发明人进行了深入研究，发现核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件(有效厚度不小于300mm)不仅验收标准较普通锻件要高，而且其碳当量CE较高(为0.87左右)，属于可水淬但又需要特别小心、容易产生淬火裂纹的钢种，应用常规调质工艺可能会导致锻件产生裂纹且机械性能难以满足验收要求。为了避免裂纹产生并获得满足机械性能指标的锻件，特别是要保证325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功满足验收要求，本发明采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的配合步骤，限定第一次正火加热到900℃～940℃，在此温度下进行奥氏体化，消除组织遗传；一次正火后再进行二次正火，限定加热到840℃～880℃，这里二次正火的目的是为调质热处理做好组织准备，通过二次正火可以使原始组织晶粒细化，因此温度要低于一次正火，温度过高会使原始晶粒变粗，过低会使原始晶粒得不到细化。通过在常规调质工艺的基础上，增加两道正火作为预先热处理，用以细化晶粒、改善内部组织结构，为后续的调质热处理作好组织准备，可以有效解决组织遗传、晶粒粗大的问题，提高锻件的综合机械性能；优选的，一次正火加热温度为925℃～935℃，二次正火为860℃～870℃。
进一步的，由于锻件的厚度大，两次正火的均温和再次保温的时间也应该进行控制，以避免晶粒粗化问题的发生，对于大型锻件而言，具体时间需要结合锻件厚度进行设定，本发明中，优选所述步骤(1)、(2)和(3)中，再次保温的时间按1h/100mm/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2；所述步骤(4)中，再次保温的时间按2h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
对大型锻件进行淬火时，发明人发现使用油作为淬火介质时，冷却过程虽然相对平缓、不易出现裂纹，但油淬冷却效果较差，无法获得较高的综合机械性能。为了加强冷却效果，保证锻件内部组织在淬火时最大限度地转变为马氏体，选用冷却效果更好的水取代油作为淬火介质，从而获得更高的强度和韧性，并且优选采用一次水冷、空冷、二次水冷的间歇冷却方式，在保证650℃～550℃温度范围内马氏体充分转变的同时，减弱了300℃～200℃温度范围内尤其是Ms线附近马氏体转变过快产生的相变应力，既可获得更高的强度和韧性，又能避免产生变形或开裂。通过进一步控制间歇冷却的时间，可以进一步避免大型锻件因冷却不当而导致应力较大、引起淬火裂纹的问题发生，以进一步提高大型锻件的表面质量及机械性能。
经本发明进行热处理的核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件，综合机械性能得到显著提高：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2为895MPa～1035MPa，抗拉强度Rm≥965MPa，延伸率A4≥15％，断面收缩率Z≥43％；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2≥765MPa，抗拉强度Rm≥928MPa；-18℃冲击试验中每组三个试样的冲击吸收功AKV平均值≥47J，任意单值≥41J，锻件机械性能各项指标均满足验收要求，解决了核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件325℃拉伸试验的屈服强度和-18℃冲击试验的冲击吸收功不能满足验收要求的难题，适用于有效厚度为300mm～500mm的大型锻件，工艺简单、可操控性强。
具体实施方式
实施例一：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为300mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.32％，Si:0.23％，Mn:0.54％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.55％，Mo:0.54％，V：0.14％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至900℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至860℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至880℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷20分钟、空冷2.5分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温4小时，再升温至600℃均温3小时后保温6小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的支座的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝927MPa，抗拉强度Rm＝1046MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝782MPa，抗拉强度Rm＝949MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为69J、68J、66J。
实施例二：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为400mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至925℃均温2小时后再保温4小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至860℃均温2小时后再保温4小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至850℃均温2小时后再保温4小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷30分钟、空冷4分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温5小时，再升温至625℃均温4小时后保温8小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的支座的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝939MPa，抗拉强度Rm＝1067MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝792MPa，抗拉强度Rm＝967MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为91J、84J、84J。
实施例三：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至935℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至870℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷40分钟、空冷5.5分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至625℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的支座的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝933MPa，抗拉强度Rm＝1062MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝789MPa，抗拉强度Rm＝966MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为87J、88J、86J。
实施例四：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-拉伸杆，有效厚度为300mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至910℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至880℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至870℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷20分钟、空冷2.5分钟、二次水冷15分钟。
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温4小时，再升温至625℃均温3小时后保温6小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的拉伸杆的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝925MPa，抗拉强度Rm＝1047MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝782MPa，抗拉强度Rm＝948MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为58J、60J、61J。
实施例五：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-拉伸杆，有效厚度为400mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至910℃均温2小时后再保温4小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至850℃均温2小时后再保温4小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至870℃均温2小时后再保温4小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷30分钟、空冷4分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温5小时，再升温至605℃均温4小时后保温8小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的拉伸杆的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝921MPa，抗拉强度Rm＝1044MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝780MPa，抗拉强度Rm＝945MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为51J、58J、54J。
实施例六：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-拉伸杆，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至940℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至840℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷40分钟、空冷5.5分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至620℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的拉伸杆的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝919MPa，抗拉强度Rm＝1062MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝779MPa，抗拉强度Rm＝940MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为63J、62J、59J。
实施例七：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-叉形连接件，有效厚度为300mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至930℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至880℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2小时，再升温至890℃均温1.5小时后再保温3小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷20分钟、空冷2.5分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温4小时，再升温至615℃均温3小时后保温6小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的拉伸杆的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝927MPa，抗拉强度Rm＝1047MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝790MPa，抗拉强度Rm＝951MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为65J、63J、68J。
实施例八：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-叉形连接件，有效厚度为400mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至930℃均温2小时后再保温4小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至870℃均温2小时后再保温4小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温2.5小时，再升温至880℃均温2小时后再保温4小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷30分钟、空冷4分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温5小时，再升温至615℃均温4小时后保温8小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的拉伸杆的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝929MPa，抗拉强度Rm＝1061MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝794MPa，抗拉强度Rm＝966MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为87J、88J、86J。
实施例九：
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-叉形连接件，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至920℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至860℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷40分钟、空冷5.5分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至595℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的拉伸杆的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝927MPa，抗拉强度Rm＝1049MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝781MPa，抗拉强度Rm＝962MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为68J、69J、62J。
对比例一：
将步骤1)和步骤2)对调，即原步骤2)变为步骤1)，原步骤1)变为步骤2)，其余同实施例3。
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至870℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至935℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷40分钟、空冷5.5分钟、二次水冷15分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至625℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的支座的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝921MPa，抗拉强度Rm＝1022MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝781MPa，抗拉强度Rm＝938MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为42J、45J、47J。
对比例二：
取消步骤1)，其余同步实施例3。
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至870℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷40分钟、空冷5.5分钟、二次水冷15分钟；
3)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至625℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的支座的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝923MPa，抗拉强度Rm＝1012MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝766MPa，抗拉强度Rm＝935MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为47J、48J、45J。
对比例三：
取消步骤2)，其余同实施例3。
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至935℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：一次水冷40分钟、空冷5.5分钟、二次水冷15分钟；
3)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至625℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
本实施例热处理的支座的机械性能为：室温拉伸试验的屈服强度RP0.2＝925MPa，抗拉强度Rm＝1018MPa；325℃拉伸试验的屈服强度RP0.2＝763MPa，抗拉强度Rm＝929MPa；-18℃冲击试验中同组三个试样的冲击吸收功AKV分别为48J、49J、52J。
对比例四：
步骤3)中不加入空冷，全程采用水冷。
热处理Cr-Ni-Mo材质锻件-支座，有效厚度为500mm，其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.35％，Si:0.27％，Mn:0.57％，P：0.007％，S：0.005％，Cr:1.80％，Ni:3.58％，Mo:0.56％，V：0.13％，Al：0.015％。
采用双正火+调质(即淬火+高温回火)的热处理工艺。
1)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至935℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)正火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至870℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火先将锻件加热到600℃～650℃并保温3小时，再升温至850℃均温2.5小时后再保温5小时，出炉后在水中冷却至250℃以下，具体为：水冷55分钟；
4)高温回火先将锻件加热到200℃～250℃并保温6小时，再升温至625℃均温5小时后保温10小时，出炉后在空气中冷却至室温。
为了证明淬火过程中间歇冷却的必要性，我们采用对比例四对20件产品进行了热处理，结果机械性能全部合格，但其中17件产品却因出现了淬火裂纹而导致报废，报废率为17/20*10％＝85％，而采用实施例一至九进行热处理的产品，机械性能全部合格而未出现淬火裂纹，因此淬火时采用间歇冷却尤为重要。
实施例和对比例一至对比例三中锻件的机械性能试验结果如表1所示。实施例中各项指标均满足验收要求，对比例一、二中虽室温和325℃的拉伸试验各项指标合格，但-18℃的冲击试验不合格；对比例三中，325℃拉伸试验的屈服强度不合格。
表1实施例和对比例机械性能试验结果
Figure BDA0002743538250000131
对比实验一：
对实施例所述的锻件进行了原始晶粒度(即锻造后、最终热处理前的晶粒度)的测试，随后进行常规调质热处理，其晶粒度情况见表2：
表2原始晶粒度情况和常规调质热处理后晶粒度
Figure BDA0002743538250000132
Figure BDA0002743538250000141
采用实施例和对比例对所述锻件进行热处理后，晶粒度情况详见表3：
表3采用实施例和对比例对锻件进行热处理后晶粒度情况
Figure BDA0002743538250000142
由表2和表3可见，实施例采用本发明在常规调质热处理前增加两道正火，锻件的晶粒度得到了显著细化，而对比例一至对比例三的晶粒度与实施例三的晶粒度相比，差距明显，对比例四的晶粒度和实施例三相同。
综上所述，在常规调质热处理前增加两道正火，可有效改善锻件内部组织、细化晶粒，为后续热处理做好组织准备，从而提高锻件的综合机械性能。采用水作为淬火介质，可提高冷却效果，保证锻件内部组织在淬火时最大限度地转变为马氏体，从而获得更高的强度和韧性；优选采用一次水冷、空冷、二次水冷的间歇冷却方式，在保证650℃～550℃温度范围内马氏体充分转变的同时，减弱了300℃～200℃温度范围内尤其是Ms线附近马氏体转变过快产生的相变应力，既可获得更高的强度和韧性，又能避免产生淬火裂纹。采用本发明工艺方法对其他核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件(有效厚度为300mm～500mm左右)进行热处理后，锻件机械性能各项指标均满足验收要求。

Claims (8)

1.一种提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述锻件的化学成分(％，wt，熔炼分析)为：C≤0.40％，Si≤0.10％，Mn≤0.70％，P≤0.012％，S≤0.015％，Cr:0.75％～2.00％，Ni:2.00％～4.00％，Mo:0.20％～0.70％，V≥0.05％，Al≤0.015％；
所述热处理工艺为：
1)一次正火：先将锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至900℃～940℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
2)二次正火：将经一次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至840℃～880℃均温后再次保温，出炉后利用鼓风机进行鼓风冷却至室温；
3)淬火：将经二次正火后的锻件加热到600℃～650℃并保温2-3小时，再升温至850℃～890℃均温后再次保温，出炉后水冷至250℃以下；
4)高温回火将淬火后的锻件加热到200℃～250℃并保温4-6小时，再升温至595℃～625℃均温后再次保温出炉后在空气中冷却至室温。
2.如权利要求1所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述步骤1)中再升温的温度为925℃～935℃。
3.如权利要求1所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述步骤2)中再升温的温度为860℃～870℃。.
4.如权利要求1-3任一项所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)和(3)中，再次保温的时间按1h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
5.如权利要求1-3任一项所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，再次保温的时间按2h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2。
6.如权利要求1-3任一项所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)的水冷操作时，采用一次水冷、空冷、二次水冷的间歇冷却方式。
7.如权利要求6所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，所述一次水冷时间为20-40分钟、空冷时间为2.5-5.5分钟、二次水冷时间为15分钟。
8.如权利要求1-3任一项所述的提高核电用Cr-Ni-Mo材质大型锻件综合机械性能的热处理工艺，其特征在于，所述锻件的有效厚度不小于300mm。
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