CN117604207A - 一种改善主螺栓用40ncdv7-03材料综合力学性能的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了热处理技术领域的一种改善主螺栓用40NCDV7‑03材料综合力学性能的热处理方法。包括以下步骤：步骤1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至870℃，保温3～4h；步骤2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；步骤3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至620～640℃，保温5～6h；步骤4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。本发明对主螺栓锻件的回火温度及冷却方式、化学成分进行控制，能显著提高材料的淬透性和抗回火软化能力，减少回火脆性，使其硬度与拉伸强度相匹配。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法。
背景技术
核电站主螺栓(密封螺栓)主要用于百万KW级核电站反应堆压力容器、蒸发器、稳压器、主泵等主设备的紧固连接，核安全等级一级，对螺栓的强度、刚度和疲劳性能都有较高的要求。核电站主螺栓的毛坯件通常通过锻造成形，以消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构。反应堆压力容器主螺栓是反应堆压力容器的主要连接部件，此螺栓连接压力容器筒体和顶盖，下部通过螺纹与容器法兰连接，上部用螺母将顶盖法兰与容器法兰连接，对容器内的水起密封作用，是保障设备运行的核心部件。
40NCDV7-03钢是一种Cr-Ni-Mo系结构钢，因Ni、Mo元素的加入，其综合力学性能较好、淬透性高、抗过热稳定性强，综合力学性能好，厚实的工件调质后也具有良好的强韧性，以及较高的疲劳强度和低温冲击韧度、低的缺口敏感性，无明显的回火脆性，广泛应用于制造受冲击载荷较大、断面尺寸较大的零部件，如直升机螺旋桨轴、大型发电机转子、航空发动机的涡轮轴、活塞杆、齿轮和螺栓等。现某核电项目用主螺栓要求硬度值300～330HBW、室温拉伸Rm≥1000MPa、Rp0.2≥1000MPa，然而现有的40NCDV7-03材料无法同时满足拉伸强度和硬度的要求，因此寻找一种比较便捷的热处理方法改善主螺栓紧固件综合力学性能势在必行。
发明内容
本发明意在提供一种改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，以解决现有技术中核级锻件主螺栓用40NCDV7-03材料高拉伸强度和硬度不能同时满足要求的问题。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，包括以下步骤：
S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至850～870℃，保温3～4h；
S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；
S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至620～640℃，保温5～6h；
S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
本发明的工作原理和有益效果：与现有技术相比，本发明通过对回火温度进行调节，冷却方式转为油冷，能获得的微观组织为回火索氏体，在铁素体基体内分布着细均匀碳化物颗粒小球状碳化物(包括渗碳体)，此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物，能显著提高钢的韧性，减少回火脆性。有效的解决了主螺栓用40NCDV7-03材料高拉伸强度和硬度不能同时满足要求的问题，改善了主螺栓的综合力学性能。
进一步，还包括以下步骤：在淬火升温前，将锻件加热到1160～1200℃进行保温，保温时间为8～10h，保温结束后进行锻造。
进一步，锻造时将开锻温度控制在1050℃，终锻温度控制在800℃。
进一步，S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至850℃，保温3h；S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至620℃，保温5h；S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
进一步，S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至860℃，保温3.5h；S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至630℃，保温5.5h；S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
进一步，S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至870℃，保温4h；S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至640℃，保温6h；S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
进一步，锻件将Ni元素控制到1.55～2.00wt％，Mo元素0.40～0.60wt％。
进一步，锻件将Ni元素控制到1.80wt％，Mo元素0.50wt％。
附图说明
图1为本发明实施例1的时间温度示意图；
图2为本发明实施例2的时间温度示意图。
具体实施方式
实施例1：本实施例采用的是40NCDV7-03主螺栓锻件，锻件尺寸：φ130×1170，材料：40NCDV7-03，锻件化学成分见下表1。
表1-实施例1化学成分(wt％)
| C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni | Mo | V |
| 0.42 | 0.77 | 0.30 | 0.006 | 0.002 | 0.78 | 1.94 | 0.45 | 0.059 |
热处理方法如图1所示，具体热处理方法包括以下步骤：
(1)淬火升温：随炉升温经过3小时，热电偶温度记录到达870℃开始保温；
(2)保温：870℃开始保温，保温3小时；
(3)淬火冷却：保温结束后出炉水冷(≥40min)；
(4)回火升温：随炉升温2小时，热电偶温度记录到达638℃开始保温；
(5)保温：638℃开始保温，保温5小时；
(6)回火冷却：保温结束后出炉油冷。
热处理后锻件的力学性能见表2：
表2-实施例1力学性能值
实施例2：本实施例采用的是40NCDV7-03主螺栓锻件，锻件尺寸：φ180×2145，材料：40NCDV7-03，锻件化学成分见下表3。
表3-实施例2化学成分(wt％)
| C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni | Mo | V |
| 0.40 | 0.77 | 0.26 | 0.006 | 0.002 | 0.80 | 1.93 | 0.42 | 0.057 |
热处理方法如图2所示，具体热处理方法包括以下步骤：
(1)淬火升温：随炉升温经过3小时，热电偶温度记录到达870℃开始保温；
(2)保温：870℃开始保温，保温3.5小时；
(3)淬火冷却：保温结束后出炉水冷(≥40min)；
(4)回火升温：随炉升温2小时，热电偶温度记录达到633℃开始保温；
(5)保温：633℃开始保温，保温6小时；
(6)回火冷却：保温结束后出炉油冷。
热处理后锻件的力学性能见表4：
表4-实施例2力学性能值
从上表3和表4可以分析得出，经过热处理后40NCDV7-03主螺栓锻件的力学性能实测值均满足国标GB/T 3077-2015要求和其他标准的特殊要求。
以上对本发明的实施例进行了描述，在不脱离本发明技术构思的前提下，还可以作出多个变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至850～870℃，保温3～4h；
S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；
S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至620～640℃，保温5～6h；
S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
2.根据权利要求1所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：在淬火升温前，将锻件加热到1160～1200℃进行保温，保温时间为8～10h，保温结束后进行锻造。
3.根据权利要求2所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，锻造时将开锻温度控制在1050℃，终锻温度控制在800℃。
4.根据权利要求1所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至850℃，保温3h；S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至620℃，保温5h；S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
5.根据权利要求1所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至860℃，保温3.5h；S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至630℃，保温5.5h；S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
6.根据权利要求1所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，S1、淬火升温：电炉升温速率(≤200℃/h)，将锻件加热至870℃，保温4h；S2、淬火冷却：锻件保温结束后出炉立即水冷，冷却时间≥40min；S3、回火升温：电炉升温速率(≤150℃/h)，将锻件加热至640℃，保温6h；S4、回火冷却：锻件保温结束后出炉油冷。
7.根据权利要求1～6任一项所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，锻件将Ni元素控制到1.55～2.00wt％，Mo元素0.40～0.60wt％。
8.根据权利要求7所述的改善主螺栓用40NCDV7-03材料综合力学性能的热处理方法，其特征在于，锻件将Ni元素控制到1.80wt％，Mo元素0.50wt％。
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