[发明专利]一种低合金高强度钢的淬火热处理方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于Ni-Cu-Mo型低合金高强度钢生产技术领域，具体来说涉及一种低合金高强度钢的淬火热处理方法及其应用。

背景技术

低合金高强度钢是为了适应大型工程构件(如船舶、桥梁、压力容器及管道等)减轻结构重量、提高服役可靠性等需求而发展起来的。它具有强度高、韧性好、可焊性及耐腐蚀性能优越等特点，用作结构材料可节约钢材1/3-2/3，且其使用寿命可比普碳钢高出几倍甚至几十倍。其成分特点为：碳含量低(＜0.20％)，通过微合金元素Ni、Cu、Mo、Cr、Ti等添加(总量不超过3％)，实现细化晶粒及增强固溶强化和析出强化的作用，从而改善了钢的性能。由于合金元素含量较低，在保证高性能的同时，其焊接性能也非常优异。随着科技不断发展，对低合金高强度钢的使用要求也不断提高，不仅要求较高强度，同时其塑性韧性、屈强比等性能要求也日益严苛。因此，通过开发更先进的处理工艺，发展精细组织控制技术，在低合金高强度钢研究及应用领域有着相当重要的作用。

“淬火+回火”是低合金高强度钢的常用热处理工艺之一，通过该工艺可以获得高强度马氏体板条组织。图1为Ni-Cu-Mo型低合金高强度钢钢常规“淬火+回火”工艺处理后的金相组织，为典型的回火板条马氏体形貌。这种热处理方法可以有效提高Ni-Cu-Mo型低合金高强度钢的拉伸强度和屈服强度，但是其冲击韧性相对较低。此外，“淬火+回火”工艺处理后试样的屈强比过高，一般在0.9以上。材料的屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比，是表征材料塑性的参数。对于(核电/火电)压力容器及深海管线来说，屈强比越大，材料屈服后至断裂的塑性范围越小，因此断裂的风险越大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低合金高强度钢的淬火热处理方法及其应用，不同于传统的低合金高强度钢淬火(常规“淬火+回火”工艺)，本发明的淬火热处理方法为对低合金高强度钢采用分阶段冷却，用本发明的淬火热处理方法处理后得到的钢组织也与传统淬火得到的钢材完全不同。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种低合金高强度钢的淬火热处理方法，将Ni-Cu-Mo型钢材加热至890～910℃后保温25～35分钟，随炉冷却至730℃～810℃后，保温40～60分钟；水淬至室温20～25℃，加热至630～670℃保温1.5～2.5小时，随炉冷却至室温20～25℃。

在上述技术方案中，将钢材加热至900～910℃后保温30～32分钟，随炉冷却至740℃～800℃(淬火温度)后，保温50～60分钟；水淬至室温20～25℃，加热至650～660℃保温2～2.5小时，随炉冷却至室温20～25℃。

一种用上述淬火热处理方法制备的钢组织，将Ni-Cu-Mo型钢材加热至890～910℃后保温25～35分钟，随炉冷却至730℃～810℃后，保温40～60分钟；水淬至室温20～25℃，加热至630～670℃，回火1.5～2.5小时，随炉冷却至室温20～25℃，即得到所述钢组织；其中，所述Ni-Cu-Mo型钢材由下述组份组成：

在上述技术方案中，所述钢组织中马氏体体积分数至少为40％，优选为44～85％。

一种上述低合金高强度钢的淬火热处理方法在改善Ni-Cu-Mo型钢材屈服强度中的应用，屈服强度为520～700MPa。

一种上述低合金高强度钢的淬火热处理方法在改善Ni-Cu-Mo型钢材拉伸强度中的应用，拉伸强度为620～800MPa。

一种上述低合金高强度钢的淬火热处理方法在改善Ni-Cu-Mo型钢材屈强比中的应用，屈强比为0.8～0.89，优选为0.827～0.885。

一种上述低合金高强度钢的淬火热处理方法在改善Ni-Cu-Mo型钢材冲击韧性中的应用，冲击功为82～120J，优选为86～118J。

相比于现有技术，本发明的淬火热处理方法解决低合金高强度钢“淬火+回火”工艺导致的冲击韧性偏低、屈强比偏高的问题，同时，尽可能避免拉伸强度和屈服强度的损失。通过调整淬火温度，可使本发明的钢组织性能达到最佳匹配。

附图说明

图1为Ni-Cu-Mo型低合金高强度钢常规“淬火+回火”方法处理后的金相组织；

图2为本发明的钢组织不同淬火温度的金相组织，其中：

(a)淬火温度740℃,(b)淬火温度760℃,(c)淬火温度780℃,(d)淬火温度800℃；

图3为淬火温度对本发明的钢组织的马氏体体积分数的影响；