能提高ASTM508Gr2钢低温冲击功的热处理工艺

摘要

本发明涉及一种能提高ASTM508Gr2钢低温冲击功的热处理工艺，采用正火+淬火+回火的热处理方式处理，先加热到640～660℃保温，再升温到880℃～920℃保温，采用鼓风冷却。加热到640～660℃保温，再升温到870℃～900℃保温，温度速降至780℃～820℃之间，保温1～3小时后出炉淬火，淬火介质为水。先加热300～350℃并保温，再升温至670～690℃保温，采用20#机械油冷却。本发明正火能使合金元素充分固溶和均匀化，进一步细化晶粒；淬火使钢充分奥氏体化，析出微量细小弥散的碳化物。回火减少碳化物沿晶析出，改善钢的韧性。采用本发明处理的ASTM508Gr2钢力学性能可达到AKV（-40℃）平均值79J～171J，单个值最低值57J～167J，能满足海工产品技术要求的锻件，且生产过程操控性强。

说明书

技术领域

本发明涉及低合金高强度用钢板生产技术领域，主要涉及一种能 提高ASTM508Gr2钢低温冲击功的热处理工艺。

背景技术

ASTM A508标准要求A_KV（4.4℃）平均值≥41J，单个值≥34J， 该材料广泛应用于核反应堆压力容器锻件。由于其具有较好的强韧性， 逐步推广到海洋工程装备用锻件。而海洋工程装备用锻件考虑到极端 严寒天气，使用环境恶劣，因此要求冲击试验温度由4.4℃降低到 -40℃，具体要求为：A_KV（-40℃）平均值≥41J，单个值≥34J。 采用常规的调质处理方法很难满足其低温冲击韧性，必须采用提高低 温冲击韧性热处理工艺的成分配比、热处理方式及温度，使锻件各项 性能满足技术要求。

发明内容

本发明旨在降低原型钢种制造成本，并针对上述背景技术的现状， 提供一种具有细小的奥氏体组织，有良好耐腐蚀性和良好的韧性，可 满足海洋工程装备产品使用的能提高ASTM A508Gr.2钢低温冲击功的 热处理工艺。

本发明目的的实现方式为，能提高ASTM508Gr.2钢低温冲击功的热 处理工艺，热处理锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）如下：C:0.12%～ 0.16%，Si:0.21%～0.25%，Mn:0.71%～0.85%，P≤0.010%，S≤ 0.010%，Cr:0.35%～0.42%，Ni:0.84%～0.93%,Mo:0.56%～0.62%， V:0.03%～0.04%，Cu≤0.20%；

锻件热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到640℃～660℃保温2小时，再升温到880℃ -920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正 火冷却方式采用鼓风冷却；

淬火：首先加热到640℃～660℃保温2小时，再升温到870℃ -900℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降 至780℃～820℃之间，并在该温度下保温1～3小时后出炉淬火，淬 火介质为水，冷却至250℃以下，冷却时间0.5h～1h；

回火：首先加热300℃～350℃并保温2小时，再升温至670℃～ 690℃均温后保温，保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20# 机械油，冷却至室温，冷却时间1h～2h；

本发明的正火时温度高，保温时间长，能使合金元素充分固溶和 均匀化，进一步细化晶粒，均匀组织，为调质做好组织准备。淬火温 度高，保温时间长，使钢充分奥氏体化，随后再快速冷却至至780℃～ 820℃之间的双相区，在双相区保温一定时间后淬火，可析出微量细小 弥散的碳化物，在淬火后回火时可作为碳化物在晶内析出的晶核，从 而减少碳化物沿晶析出，大大改善钢的韧性。

采用本发明处理的ASTM A508Gr.2钢力学性能可达到：R_m:550 MPa-725MPa,R_p0.2≥358.3MPa，A₄≥18%，Z≥38%，A_KV（-40℃）平 均值79J～171J，单个值最低值57J～167J。

本发明有效解决了ASTM508Gr2钢的-40℃冲击功难以合格的难 题，生产出满足海工产品技术要求的锻件，且生产过程操控性强。

具体实施方式

本发明锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）要求如下：C:0.12%～ 0.16%，Si:0.17%～0.37%，Mn:0.70%～0.95%，P≤0.010%，S≤ 0.010%，Cr:0.35%～0.45%，Ni:0.84%～0.95%,Mo:0.56%～0.65%， V:0.03%～0.05，Cu≤0.20%。其余元素满足标准规定即可。

锻件热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到640℃～660℃保温2小时，再升温到880℃ -920℃均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正 火冷却方式采用鼓风冷却；

淬火：首先加热到640℃～660℃保温2小时，再升温到870℃-900℃ 均温后保温，保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降至 780℃～820℃之间的双相区，并在该温度下保温1～3小时后出炉淬 火，淬火介质为水，冷却至250℃以下，冷却时间0.5h～1h。

回火：首先加热300℃～350℃并保温2小时，再升温至670℃～ 690℃均温后保温，保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20# 机械油，冷却至室温，冷却时间1h～2h。

采用本发明处理的ASTM508Gr2钢力学性能可达到：R_m:550MPa-725 MPa,R_p0.2≥358.3MPa，A₄≥18%，Z≥38%，A_KV（-40℃）平均值79J～ 171J单个值最低值57J～167J。

下面用具体实施例详述本发明。

实施例1：

热处理锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）如下：C:0.16%，Si： 0.25%，Mn：0.71%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr：0.37%，Ni： 0.84%,Mo：0.56%，V：0.03%，Cu≤0.20%。

锻件热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到650℃保温2小时，再升温到910℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正火冷却方式采用鼓风 冷却。

淬火：首先加热到650℃保温2小时，再升温到880℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降至800℃，并在该温 度下保温1小时后出炉淬火，淬火介质为水，冷却至250℃以下，冷 却时间0.5h。

回火：首先加热330℃并保温2小时，再升温至690℃均温后保温， 保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20#机械油，冷却至室 温，冷却时间1h。

处理的ASTM508Gr2钢A_KV（-40℃）平均值79J，单个值57J。

实施例2：

热处理锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）如下：C：0.13%，Si： 0.28%，Mn：0.73%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr：0.35%，Ni： 0.85%,Mo：0.58%，V：0.03%，Cu≤0.20%。

热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到650℃保温2小时，再升温到880℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正火冷却方式采用鼓风 冷却。

淬火：首先加热到650℃保温2小时，再升温到900℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降至810℃，并在该温 度下保温3小时后出炉淬火，淬火介质为水，冷却至250℃以下，冷 却时间1h。

回火：首先加热350℃并保温2小时，再升温至680℃均温后保温， 保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20#机械油，冷却至室 温，冷却时间2h。

处理的ASTM508Gr2钢A_KV（-40℃）平均值110J，单个值96J。

实施例3：热处理锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）如下：C： 0.12%，Si：0.28%，Mn：0.80%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr： 0.40%，Ni：0.93%,Mo：0.58%，V：0.03%，Cu≤0.20%。

热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到660℃保温2小时，再升温到900℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正火冷却方式采用鼓风 冷却。

淬火：首先加热到660℃保温2小时，再升温到870℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降至810℃，并在该温 度下保温2小时后出炉淬火，淬火介质为水，冷却至250℃以下，冷 却时间1h。

回火：首先加热340℃并保温2小时，再升温至685℃均温后保温， 保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20#机械油，冷却至室 温，冷却时间1h。

处理的ASTM508Gr2钢A_KV（-40℃）平均值144J，单个值110J。

实施例4：热处理锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）如下：C： 0.15%，Si：0.21%，Mn：0.75%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr： 0.39%，Ni：0.89%,Mo：0.60%，V：0.04%，Cu≤0.20%。

热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到660℃保温2小时，再升温到900℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正火冷却方式采用鼓风 冷却。

淬火：首先加热到660℃保温2小时，再升温到880℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降至800℃，并在该温 度下保温2小时后出炉淬火，淬火介质为水，冷却至250℃以下，冷 却时间1h。

回火：首先加热340℃并保温2小时，再升温至680℃均温后保温， 保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20#机械油，冷却至室 温，冷却时间1h。

处理的ASTM508Gr2钢A_KV（-40℃）平均值171J，单个值167J。

实施例5：热处理锻件的化学成分（%,wt，熔炼分析）如下：C： 0.14%，Si：0.27%，Mn：0.73%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr： 0.36%，Ni：0.86%，Mo：0.58%，V：0.03%，Cu≤0.20%。

热处理采用正火+淬火+回火的热处理方式，

正火：首先加热到660℃保温2小时，再升温到910℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算，冷却至室温，正火冷却方式采用鼓风 冷却。

淬火：首先加热到660℃保温2小时，再升温到890℃均温后保温， 保温时间按1.0h/100mm计算；然后使温度速降至805℃，并在该温 度下保温2小时后出炉淬火，淬火介质为水，冷却至250℃以下，冷 却时间1h。

回火：首先加热340℃并保温2小时，再升温至675℃均温后保温， 保温时间按2.0h/100mm计算，冷却介质采用20#机械油，冷却至室 温，冷却时间1h。

处理的ASTM508Gr2钢A_KV（-40℃）平均值164J，单个值123J。