一种ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的控制方法

摘要

本发明涉及材料力学性能优化控制工艺领域，具体涉及一种ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的控制方法。本发明通过对ZG15Cr2Mo1材料物理性能、相变点、CCT曲线进行仔细深入的研究，通过制定不同热处理工艺，检测分析材料特性、优化热处理工艺、研究化学成份对性能的影响、优化化学成份控制等方法，制定出一种满足ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的热处理工艺及化学成份控制方法，按照取样、正火工艺优化、退火工艺优化、化学成份优化、结果验证以及成品生产的步骤生产质量稳定的ZG15Cr2Mo1材料成品，以满足ZG15Cr2Mo1材料力学性能稳定控制的需要，使生产的材料能够满足具体力学性能使用需求。

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学性能优化控制工艺领域，具体涉及一种ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的控制方法。

背景技术

ZG15Cr2Mo1铸钢材料主要化学成份要求C：0.15～0.20％、Si：≤0.8％、Mn≤0.90％、Cu≤0.35％、Cr：2.0～2.75、Mo：0.90～1.20、V≤0.05％；室温抗拉强度要求在585～760MPa范围内，三组不同温度不同应力高温持久时间要求120h以上，韧脆转变温度FATT50要求≤79℃。然而，在具体生产过程中，存在ZG15Cr2Mo1铸钢材料易出现化学成分、热处理工艺控制不稳定，室温及高温力学性能波动，影响产品质量稳定控制的问题，从而使ZG15Cr2Mo1铸钢材料的生产质量不稳定，难以满足生产使用要求。

因此，基于上述，发明人通过对ZG15Cr2Mo1材料物理性能、相变点、CCT曲线进行仔细深入的研究，通过制定不同热处理工艺，检测分析材料特性、优化热处理工艺、研究化学成份对性能的影响、优化化学成份控制等方法，制定出一种满足ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的热处理工艺及化学成份控制方法，以满足ZG15Cr2Mo1材料力学性能稳定控制的需要，从而解决现有技术存在的不足和缺陷。

发明内容

本发明的目的就在于：针对目前存在的上述问题，本发明通过对ZG15Cr2Mo1材料物理性能、相变点、CCT曲线进行仔细深入的研究，通过制定不同热处理工艺，检测分析材料特性、优化热处理工艺、研究化学成份对性能的影响、优化化学成份控制等方法，制定出一种满足ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的热处理工艺及化学成份控制方法，以满足ZG15Cr2Mo1材料力学性能稳定控制的需要，从而解决现有技术存在的不足和缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的控制方法，包括如下步骤：

(1)取样：浇铸相同化学成份的同炉ZG15Cr2Mo1材料，从同炉材料中切取若干尺寸相同的试样块，确保化学成份一致；将试样块清洗干净并氮气吹干，以作备用；

(2)ZG15Cr2Mo1材料正火工艺优化：通过研究确认ZG15Cr2Mo1材料的Ac₁温度为800℃，Ac₃温度为900℃，选择900～1000℃范围内的不同温度，保温8～12小时，按照5℃/h～65℃/h的不同冷却速度进行正火热处理，检测抗拉强度及金相组织，得出抗拉强度在900～1100Mpa且金相组织全部为贝氏体组织的最佳正火工艺为920-970℃的温度范围；

(3)ZG15Cr2Mo1材料回火工艺优化：采用步骤(2)中的最佳正火工艺，设计不同的回火温度，采用冷速为30～60℃/h回火工艺，对每一回火温度的2～3个试块检测抗拉强度，得出在720～760℃温度范围内回火材料的抗拉强度达630MPa，材料的抗拉强度结果较好且满足标准要求；

根据步骤(2)、(3)优化得到ZG15Cr2Mo1材料的热处理工艺为：采用920～970℃、保温8-12小时、以5～30℃/h的冷速进行正火，采用720～760℃、保温8-12小时，以30～60℃/h的冷速进行回火；

(4)ZG15Cr2Mo1材料化学成份优化：设计不同化学成份的ZG15Cr2Mo1材料，按照公CE(IIW)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)

/15(％)计算并求出相应的碳当量CE值，生产不同碳当量CE值的ZG15Cr2Mo1材料试块，采用步骤(2)和步骤(3)优化的正火及回火热处理工艺，研究材料抗拉强度与碳当量CE值的相关性，结果得出：随碳当量CE值提高，ZG15Cr2Mo1材料的抗拉强度提高，当抗拉强度达到630MPa以上时，优化得出的化学成份为：C：0.16～0.20％、Si：0.3～0.7％、Mn：0.7～0.9％、Cu≤0.35％、Cr：2.0～2.5％、Mo：0.90～1.05、V≤0.05％，且控制碳当量CE值需在0.92以上；

(5)结果验证：通过验证抗拉强度达630MPa以上时，材料高温持久试验持续时间、及韧脆转变温度能达到的结果：①利用检测结果研究室温抗拉强度同持久蠕变持续时间的相关性，得出室温抗拉强度在630MPa以上时，ZG15Cr2Mo1材料高温持久试验持续时间达120h以上，满足材料标准要求范围；②研究不同抗拉强度同FATT50韧脆转变温度的相关性，得出室温抗拉强度达630MPa时，FATT50韧脆转变温度为40℃以下，远远低于材料要求的≤79℃，性能满足材料使用要求；

(6)成品生产：以优化的正火工艺、回火工艺以及化学成份进行产品质量控制，制备质量稳定的ZG15Cr2Mo1材料成品。

优选的，所述试样块的尺寸为：长度300mm，宽度200mm，高度150mm，且试样块的数量为3～4块。

优选的，所述步骤(3)中用于测试抗拉强度的试样所使用的不同回火温度分别为630℃、680℃、730℃、780℃。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明制定出一种ZG15Cr2Mo2材料室温、高温力学性能热处理工艺及化学成份控制方法：

(1)优化确定了ZG15Cr2Mo1材料热处理工艺：采用920～970℃、保温8～12小时、以5～30℃/h的冷速进行正火；采用720～760℃、保温8～12小时，以30～60℃/h的冷速进行回火，使材料的力学性能得到了有效工艺优化和控制。

(2)优化确定了化学成份控制，C：0.16～0.20％、Si：0.3～0.7％、Mn：0.7～0.9％、Cu≤0.35％、Cr：2.0～2.5％、Mo：0.90～1.05、V≤0.05％，碳当量在0.92以上时，采用以上较理想热处理工艺，室温抗拉强度达到630MPa以上，抗拉强度效果较好。

(3)经过验证，室温抗拉强度可达630MPa，高温三组不同温度不同应力持久强度持续时间达120h以上，FATT50为40℃以下，远远低于材料要求的≤79℃，满足了材料的性能使用要求。

(4)本发明有利于ZG15Cr2Mo1材料的质量稳定控制，并在质量出现波动时及时查找原因并纠正，保证材料生产成品的力学性能达到使用要求。

附图说明

图1为本发明的同炉试样块取样图；

图2为优化ZG15Cr12Mo1材料热处理工艺及化学成份的流程图；

图3为950℃正火室温抗拉强度同回火温度的相关性分析图；

图4为950℃正火720～760℃左右回火室温抗拉强度同碳当量的相关性分析图；

图5为持久蠕变持续时间同室温抗拉强度的相关性分析图；

图6为FATT50脆断面积时温度同室温抗拉强度的相关性分析图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，如图1-6所示：

本发明的目的就在于：针对目前存在的上述问题，本发明通过对ZG15Cr2Mo1材料物理性能、相变点、CCT曲线进行仔细深入的研究，通过制定不同热处理工艺，检测分析材料特性、优化热处理工艺、研究化学成份对性能的影响、优化化学成份控制等方法，制定出一种满足ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的热处理工艺及化学成份控制方法，以满足ZG15Cr2Mo1材料力学性能稳定控制的需要，从而解决现有技术存在的不足和缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种ZG15Cr2Mo1材料室温及高温力学性能的控制方法，包括如下步骤：

(1)取样：浇铸相同化学成份的同炉ZG15Cr2Mo1材料，从同炉材料中切取若干尺寸相同的试样块，确保化学成份一致；将试样块清洗干净并氮气吹干，以作备用；

(2)ZG15Cr2Mo1材料正火工艺优化：通过研究确认ZG15Cr2Mo1材料的Ac1温度为800℃，Ac3温度为900℃，选择900～1000℃范围内的不同温度，保温8～12小时，按照5℃/h～65℃/h的不同冷却速度进行正火热处理，检测抗拉强度及金相组织，得出抗拉强度在900～1100Mpa且金相组织全部为贝氏体组织的最佳正火工艺为920-970℃的温度范围；

(3)ZG15Cr2Mo1材料回火工艺优化：采用步骤(2)中的最佳正火工艺，设计不同的回火温度，采用冷速为30～60℃/h回火工艺，对每一回火温度的2～3个试块检测抗拉强度(如表1所示)，得出在720～760℃温度范围内回火材料的抗拉强度达630MPa，材料的抗拉强度结果较好且满足标准要求；

表1对每一温度的2～3个试块检测抗拉强度结果

根据步骤(2)、(3)优化得到ZG15Cr2Mo1材料的热处理工艺为：采用920～970℃、保温8-12小时、以5～30℃/h的冷速进行正火，采用720～760℃、保温8-12小时，以30～60℃/h的冷速进行回火；

(4)ZG15Cr2Mo1材料化学成份优化：设计不同化学成份的ZG15Cr2Mo1材料，按照公CE(IIW)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)计算并求出相应的碳当量CE值，生产不同碳当量CE值的ZG15Cr2Mo1材料试块，采用步骤(2)和步骤(3)优化的正火及回火热处理工艺，研究材料抗拉强度与碳当量CE值的相关性，结果得出：随碳当量CE值提高，ZG15Cr2Mo1材料的抗拉强度提高，当抗拉强度达到630MPa以上时，优化得出的化学成份为：C：0.16～0.20％、Si：0.3～0.7％、Mn：0.7～0.9％、Cu≤0.35％、Cr：2.0～2.5％、Mo：0.90～1.05、V≤0.05％，且控制碳当量CE值需在0.92以上；

(5)结果验证：通过验证抗拉强度达630MPa以上时，材料高温持久试验持续时间、及韧脆转变温度能达到的结果：①利用检测结果研究室温抗拉强度同持久蠕变持续时间的相关性，得出室温抗拉强度在630MPa以上时，ZG15Cr2Mo1材料高温持久试验持续时间达120h以上，满足材料标准要求范围；②研究不同抗拉强度同FATT50韧脆转变温度的相关性，得出室温抗拉强度达630MPa时，FATT50韧脆转变温度为40℃以下，远远低于材料要求的≤79℃，性能满足材料使用要求；

(6)成品生产：以优化的正火工艺、回火工艺以及化学成份进行产品质量控制，制备质量稳定的ZG15Cr2Mo1材料成品。

优选的，所述试样块的尺寸为：长度300mm，宽度200mm，高度150mm，且试样块的数量为3～4块。

优选的，所述步骤(3)中用于测试抗拉强度的试样所使用的不同回火温度分别为630℃、680℃、730℃、780℃。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。