一种提高棒材低温冲击韧性的热处理方法技术

一种提高棒材低温冲击韧性的热处理方法，属热处理加工技术领域。淬火工艺：将热轧大规格棒材或热处理工件置于840～860℃的热处理炉进行加热，保温时间60～120min；然后采用水冷或油冷淬火冷却方式；回火工艺：将经过适度淬火处理的棒材或工件置于610～640℃回火炉中，保温60～120min，取出后水冷至室温。弥补油淬淬透性不足的问题，有效地提高了大尺寸螺栓的淬透性，其中抗拉强度861～944MPa，屈服强度727～804MPa，断后伸长率达到19.5～21.8％，断面收缩率Z为59～64％，‑100℃冲击吸收功Akv为27～50.1J。毛坯工件的抗拉强度943MPa，屈服强度818MPa，断后伸长率达到18.3％，断面收缩率Z为63％，‑100℃冲击吸收功Akv为33J。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属热处理加工
，特别是涉及一种提高棒材低温冲击韧性的热处理方法。
技术介绍
随着环保问题的日益突出，能源供应的渐趋紧张，风力发电作为一种清洁的可再生能源的发电方式，已越来越受到重视，使得风电行业快速发展。风力发电已经不仅仅局限在陆地平台发展，正在向海洋平台迈进。随着风电行业的发展，风力发电设备用高强度螺栓的生产也面临着前所未有的挑战，风电装机容量的扩大，对高强低温螺栓性能指标的要求也越来越高，不仅要求其具有高的强度，同时对塑性和低温韧性要求也越来越高。高强度低温用螺栓用钢要求严苛(-101℃的Akv低温冲击功≥27J)，通常要求针对毛坯试样进行淬火+回火热处理，获得良好的低温韧性，生产难度较大。对于规格尺寸小的螺栓，通常采用油淬的冷却方式即能获得良好的力学性能；而规格尺寸较大的螺栓，采用常规冷却方式往往不能使材料获得理想的组织和性能，由于直径规格大导致1/4处的淬透性明显低于表面的淬透性，导致低温冲击韧性不合格率大幅增加。经常会出现未淬透、组织不均匀等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高棒材低温冲击韧性的热处理方法，克服了上述经常会出现未淬透、组织不均匀等现有技术的不足之处。本热处理工艺主要是提高大规格尺寸螺栓用钢-100℃的低温冲击韧性。与CN102851479B的水淬油冷双液淬火冷却方式不同，且低温冲击韧性优于该专利的热处理工艺-40℃的低温冲击韧性。该热处理工艺不仅能起到细化晶粒的作用，有效地提高大尺寸螺栓的淬透性，而且能减少和防止大尺寸螺栓的淬火变形及开裂倾向，同时该热处理工艺处理的螺栓具有高强度的同时具有较高的塑性和良好的-100℃低温冲击韧性。经本专利技术所述热处理工艺处理后的整体大规格棒材获得良好的力学性能，高强度螺栓获得抗拉强度≥860MPa，屈服强度≥725MPa，断后伸长率≥18％，断面收缩率Z≥59％，-100℃冲击吸收功Akv≥27J。本专利技术不同于常规淬火工艺油淬至室温，是使淬火工件温度降至Ms～100℃范围内，主要目的是为克服现有技术的淬透性不足问题，尤其是大规格棒材1/4D之处的淬透性，通过适度冷却，使得心部保留一定比例的残余奥氏体，同时心部一定的温度有助于后续回火过程中实现1/4D和心部的Cr、C等合金元素的进一步扩散，从而后续过程中通过回火后快冷，残余奥氏体发生相变，可以弥补油淬淬透性不足的问题，有效地提高了大尺寸螺栓的淬透性，达到提高强度和低温韧性的目的。该工艺在热处理淬火加热保温后采用适度油冷淬火冷却方式。具体热处理工艺步骤及控制的技术参数如下：(1)用于制造螺栓的原材料为合金结构钢(简称合结钢)，其质量百分比组成为：C：0.38～0.48％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.75～1.0％，S≤0.025％，P≤0.025％，Cr：0.9～1.1％，Mo：0.15～0.25％；(2)适度淬火工艺：将热轧大规格棒材或热处理工件置于840～860℃的热处理炉进行加热，根据不同尺寸规格的热处理经验，确定保温时间60～120min；然后采用适度水冷或油冷淬火冷却方式，即将加热工件从淬火炉中取出放入室温的油(或室温的水)中，冷却3～10min(或0.5～2.5min)使工件温度降至Ms(相变点测定320℃)～100℃范围内(不同于常规淬火工艺淬火至室温)，然后快速取出；(3)回火工艺：将经过适度淬火处理的棒材或工件置于610～640℃回火炉中，保温60～120min，取出后水冷至室温。经上述热处理工艺处理后，使得心部保留一定比例的残余奥氏体，同时心部一定的温度有助于后续回火过程中实现1/4D和心部的Cr、C等合金元素的进一步扩散，从而在后续过程中通过回火后快冷，残余奥氏体发生相变，进而弥补油淬淬透性不足的问题，有效地提高了大尺寸螺栓的淬透性，达到提高强度和低温韧性的目的。经本专利技术所述热处理工艺处理后的整体大规格棒材获得良好的力学性能，其中抗拉强度861～944MPa，屈服强度727～804MPa，断后伸长率达到19.5～21.8％，断面收缩率Z为59～64％，-100℃冲击吸收功Akv为27～50.1J。毛坯工件的抗拉强度943MPa，屈服强度818MPa，断后伸长率达到18.3％，断面收缩率Z为63％，-100℃冲击吸收功Akv为33J，均优于对比例(常规工艺)的低温冲击韧性。本专利技术的创新点是：本专利技术不同于常规淬火工艺油淬至室温，而是使工件温度降至Ms～100℃范围内，主要目的是为克服现有技术的淬透性不足问题，尤其是大规格棒材1/4D之处的淬透性，通过适度冷却，使得心部保留一定比例的残余奥氏体，同时心部一定的温度有助于后续回火过程中实现1/4D和心部的Cr、C等合金元素的进一步扩散，从而后续过程中通过回火后快冷，残余奥氏体发生相变，从而弥补油淬淬透性不足的问题，有效地提高大尺寸螺栓的淬透性，达到提高强度和低温韧性的目的。附图说明图1是本专利技术的实施例1热处理工艺处理后的边部显微组织(淬火温度860℃，油淬3min)。图2是本专利技术的实施例1热处理工艺处理后的1/4D部显微组织(淬火温度860℃，油淬3min)。图3是本专利技术的实施例1热处理工艺处理后的心部显微组织(淬火温度860℃，油淬3min)。图4是本专利技术的实施例3热处理工艺处理后的1/4D部显微组织(淬火温度860℃，油淬10min)。图5是低温冲击功Akv-100℃＝47J时的断口显微组织(淬火温度860℃，油淬3min)。具体实施方式实施例1：1)合结钢棒材的内控化学成分：C：0.41％，Si：0.29％，Mn：0.92％，S：0.004％，P：0.012％，Cr：0.95％，Mo：0.18％，Fe余量。2)对上述成分的铸坯在常规加热后进行粗轧和精轧，轧制规格为Φ56mm，控制终轧温度在：850～900℃；3)将热轧大规格棒材或热处理工件置于840～860℃的热处理炉进行加热，根据不同规格的热处理经验，确定保温时间90～120min；然后采用适度油冷淬火冷却方式，即将加热工件从淬火炉中取出放入油中(室温)，冷却3～10min，使工件温度降至Ms(相变点测定320℃)～200℃范围内(不同于常规淬火工艺淬火至室温)，然后快速取出；4)回火工艺：将经过适度淬火处理的棒材或工件置于610～640℃回火炉中，保温90～120min，取出后水冷至室温；实施例2：1)合结钢棒材的内控化学成分：C：0.40％，Si：0.24％，Mn：0.90％，S：0.003％，P：0.013％，Cr：1.0％，Mo：0.18％，Fe余量。2)对上述成分的铸坯在常规加热后进行粗轧和精轧，轧制规格为Φ56mm，控制终轧温度在：850～900℃；3)将热轧大规格棒材或热处理工件置于860℃的热处理炉进行加热，根据不同规格的热处理经验，确定保温时间90～120min；然后采用适度水冷淬火冷却方式，即将加热工件从淬火炉中取出放入油中(室温)，冷却2.5min，使工件温度降至Ms(相变点测定320℃)～150℃范围内，然后快速取出；4)回火工艺：将经过适度淬火处理的棒材或工件置于640℃回火炉中，保温120min，取出后水冷至室温；实施例3：1)合结钢棒材的内控化学成分：C：0.40％，Si：0.22％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高棒材低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于：具体热处理工艺步骤及控制的技术参数如下：(1)用于制造螺栓的原材料为合金结构钢，其质量百分比组成为：C：0.38～0.48％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.75～1.0％，S≤0.025％，P≤0.025％，Cr：0.9～1.1％，Mo：0.15～0.25％，余量为Fe；(2)淬火工艺：将热轧大规格棒材或热处理工件置于840～860℃的热处理炉进行加热，保温时间60～120min；然后采用油冷淬火冷却方式，即将加热工件从淬火炉中取出放入室温的油中，冷却3～10min使工件温度降至Ms～100℃范围内然后快速取出；(3)回火工艺：将经过淬火处理的棒材或工件置于610～640℃回火炉中，保温60～120min，取出后水冷至室温；经上述热处理工艺处理后，高强度螺栓获得抗拉强度≥860MPa，屈服强度≥725MPa，断后伸长率≥18％，断面收缩率Z≥59％，‑100℃的冲击吸收功Akv‑100℃≥27J。

【技术特征摘要】
1.一种提高棒材低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于：具体热处理工艺步骤及控制的技术参数如下：(1)用于制造螺栓的原材料为合金结构钢，其质量百分比组成为：C：0.38～0.48％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.75～1.0％，S≤0.025％，P≤0.025％，Cr：0.9～1.1％，Mo：0.15～0.25％，余量为Fe；(2)淬火工艺：将热轧大规格棒材或热处理工件置于840～860℃的热处理炉进行加热，保温时间60～120min；然后采用油冷淬火冷却方式，即将加热工件从淬火炉中取出放入室温的油中，冷却3～10min使工件温度降至Ms～100℃范围内然后快速取出；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫卫，冯光宏，肖金福，张宏亮，倪冰，崔怀周，王宝山，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11