專利名稱：一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深冷處理及熱處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法。
背景技術(shù)：
40CrNiMoA鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，淬透性也很好，廣泛應(yīng)用于石油化工、石油鉆采裝備、海洋石油鉆井平臺及截面和載荷較大的重要零件等。為了充分發(fā)揮其綜合力學(xué)性能，均在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。由于石油鉆采裝備的服役條件十分惡劣，其中許多是在嚴(yán)寒環(huán)境中工作，對于材料的低溫沖擊性能有一定的要求。另一方面，材料的低溫沖擊性能也是結(jié)構(gòu)設(shè)計時的重要依據(jù)。金屬材料的低溫力學(xué)行為對裝備的服役及安全性有重要影響，而40CrNiMoA材料的低溫沖擊韌性方面的數(shù)據(jù)比較缺乏，特別是_60°C以下溫度的沖擊韌性未見報道，從而給40CrNiMoA材料的實際設(shè)計與應(yīng)用帶來了不利影響。隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及使用條件的苛刻，對材料40CrNiMoA的低溫韌性提出了更高的要求。本發(fā)明擬通過深冷及低溫回火處理工藝提高40CrNiMoA材料的低溫沖擊韌性，提高其服役性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，采用了深冷處理與低溫回火相結(jié)合的工藝，具體技術(shù)方案如下:
一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，包括以下步驟:將經(jīng)過真空油淬與真空高溫回火的40CrNiMoA材料以2 3°C /min的速率降溫至_80°C _85°C，并保溫0.5h lh，保溫結(jié)束后繼續(xù)以2 3°C /min的速率降溫至_180°C _185°C，并保溫2tT3h ;最后進(jìn)行低溫回火。進(jìn)一步地，所述低溫回火為加熱至160~l70°C。再進(jìn)一步地，加熱至16(Tl70°C后，保溫廣2小時。優(yōu)選地，所述低溫回火升溫過程采用2 3°C /min的控溫速率。優(yōu)選地，所述低溫回火后隨爐冷卻。本發(fā)明采用了深冷處理與低溫回火相結(jié)合的工藝處理方法。深冷處理，通常指處理溫度為-100°C -196°c的冷處理，它將被處理工件置于特定和可控的低溫環(huán)境中，使材料的微觀組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，在宏觀上表現(xiàn)為材料的耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、抗拉強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、韌性等方面的提高 與改善。本發(fā)明所述的深冷處理與低溫回火相結(jié)合的工藝，其優(yōu)勢在于降溫和升溫過程中速率全程可控，工件溫度變化均勻，防止了工件不同部位溫度不一的現(xiàn)象，減小了工件內(nèi)部殘余應(yīng)力。通過對材料40CrNiMoA的微觀組織結(jié)構(gòu)分析可知，通過深冷處理及低溫回火后，材料在晶粒的內(nèi)部及晶界析出了數(shù)量較多，彌散分布的細(xì)小碳化物顆粒，這主要是由于材料在深冷處理過程中，殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動力增大，導(dǎo)致基體體積收縮，導(dǎo)致鐵基體的點陣常數(shù)減小。這一方面會在基體中產(chǎn)生很大的微觀內(nèi)應(yīng)力以及微變形，使晶體缺陷顯著增加；另一方面使過飽和碳引發(fā)的點陣畸變增大，導(dǎo)致析出碳化物的熱力學(xué)驅(qū)動力增大。因此在隨后向室溫回升及后續(xù)的低溫回火的過程中，碳原子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，導(dǎo)致在晶體缺陷處析出與基體共格的細(xì)小碳化物。此外，通過深冷處理及后續(xù)的低溫回火，降低了材料在真空油淬、真空高溫回火過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。40CrNiMoA材料經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后，材料的低溫沖擊韌性較未經(jīng)過深冷及低溫回火處理的材料有較大的提高，因此在一定程度上提高了材料在低溫下的服役時間，延長了使用壽命。
具體實施例方式以下實施例用于說明 本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1
將經(jīng)過真空油淬與真空高溫回火后的40CrNiMoA材料，以2 °C /min的速率降溫至-80°C，保溫 0.5h ；
然后繼續(xù)以2V /min的速率降溫至_180°C，保溫3h ;隨后將該40CrNiMoA材料以2V /min的加熱速率加熱至160°C，保溫2h;低溫回火工藝結(jié)束后隨爐冷卻。對處理后的40CrNiMoA材料進(jìn)行不同溫度下的低溫沖擊性能測試，所用測試方法采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》，測試結(jié)果如表I所示。實施例2
將經(jīng)過真空油淬與真空高溫回火后的40CrNiMoA材料(材料同實施例1)以3°C /min的速率降溫至_85°C，保溫Ih ;然后繼續(xù)以3°C /min的速率降溫至_180°C，保溫2h ;隨后將該40CrNiMoA材料以3°C /min的加熱速率加熱至170°C，保溫2h ;低溫回火工藝結(jié)束后隨爐冷卻。對處理后的40CrNiMoA進(jìn)行不同溫度下的低溫沖擊性能測試，所用測試方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》，測試結(jié)果如表I所示。對比例1，將經(jīng)過真空油淬與真空高溫回火后的40CrNiMoA材料(材料同實施例1)，未經(jīng)深冷處理及低溫回火處理，進(jìn)行不同溫度下的低溫沖擊性能測試，所用測試方法均采用相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，測試結(jié)果如表I所示。表I實施例1 2及對比例I的40CrNiMoA材料沖擊性能測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，其特征在于:將經(jīng)過真空油淬與真空高溫回火的40CrNiMoA材料以2 3°C /min的速率降溫至_80°C _85°C，并保溫0.5h lh，保溫結(jié)束后繼續(xù)以2 3°C /min的速率降溫至_180°C _185°C，并保溫2h 3h ;最后進(jìn)行低溫回火。
2.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，其特征在于:所述低溫回火為加熱至16(T17(TC。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，其特征在于:加熱至16(Tl70°C后，保溫廣2小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，其特征在于:所述低溫回火升溫過程采用2 3°C /min的控溫速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，其特征在于:所述低溫回火后隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開一種提高40CrNiMoA材料低溫沖擊韌性的方法，首先將40CrNiMoA材料以2~3℃/min的速率降溫至-80℃~-85℃保溫0.5h~1h；保溫結(jié)束后繼續(xù)降溫至-180℃~-185℃，保溫2h~3h；保溫結(jié)束后繼續(xù)以2~3℃/min的速率升溫至160℃~170℃，保溫1h~2h，隨爐降溫，工藝結(jié)束。40CrNiMoA材料經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后，材料的低溫沖擊韌性比未經(jīng)過深冷及低溫回火處理的材料要高，因此本方法具有較大的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C21D1/18GK103103320SQ20131005438
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者張紅, 李勤峰, 王俊杰, 薛小代, 周遠(yuǎn), 夏浩 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所, 江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司