一種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低溫合金結(jié)構(gòu)鋼熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種提高9Ni鋼低溫沖 擊韌性的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 9Ni鋼首先由美國國際鎳公司的產(chǎn)品研宄實(shí)驗(yàn)室研制成功，合金元素Ni含量在 8. 50-10.0 Owt%之間，是一種低碳調(diào)質(zhì)鋼。9Ni鋼作為唯一可在-196°C低溫條件下服役的 鐵素體型用鋼，具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌性、良好的可焊性。9Ni鋼是 用于制造大型LNG儲罐建造以及相關(guān)行業(yè)中的關(guān)鍵材料，具有巨大的市場優(yōu)勢。
[0003] 9Ni鋼必須采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，才可以較大程度的提高其在_196°C的低溫韌 性。深入研宄9Ni鋼的熱處理工藝，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，摸清熱處理工藝參數(shù)和9Ni鋼低溫 韌性的關(guān)系，對9Ni鋼的應(yīng)用及其發(fā)展有著重要的意義。
[0004] 對現(xiàn)有的文獻(xiàn)（超低溫用9Ni鋼厚板生產(chǎn)工藝的開發(fā)，東北大學(xué)碩士論文，2008、 熱處理工藝對LNG用高Ni低溫鋼韌性的影響，鞍鋼技術(shù)，2011、熱處理工藝對高強(qiáng)度含銅 9Ni鋼組織和性能的影響，鋼鐵，2011、等）和專利（一種鎳系低溫壓力容器用鋼及其制造 方法，CN201010501611. 6、一種鎳系低溫壓力容器用鋼及其制造方法，CN201010501611. 6、 等）檢索，9Ni鋼熱處理工藝有淬火-回火（QT)、淬火-兩相區(qū)淬火-回火（QLT)、淬火-淬 火-回火（QQT)、正火-正火-回火（NNT);其中，其報道的最佳熱處理工藝溫度參數(shù)是：QT 為 800-820°C淬火、560-580°C 回火；QLT 為 800-820°C淬火、660-680°C亞溫淬火、560-580°C 回火；QQT 為 800-820°C 淬火、760-780°C 二次淬火、560-580°C 回火；NNT 為 800-820°C 正火、 760-790°C 二次正火、560-580°C 回火。
[0005] 相關(guān)文獻(xiàn)（9Ni鋼在線熱處理工藝開發(fā)，太原科技大學(xué)學(xué)報，2008、超快冷終冷溫 度對重加熱后9Ni鋼低溫韌性的影響，新技術(shù)新工藝，2010、等）和專利（生產(chǎn)9Ni鋼的在 線熱處理方法，CN201310006170. 6、一種低碳9Ni鋼厚板的制造方法，CN200810010125. 7、 等）報道了 9Ni鋼的在線熱處理，經(jīng)過該方法熱處理后的9Ni鋼具有改善強(qiáng)度和韌性等優(yōu) 點(diǎn)。在線熱處理是鋼板熱軋后直接進(jìn)入熱處理設(shè)備，省去了常規(guī)工藝所需的鋼板冷卻、重新 加熱過程，可以節(jié)省大量的能源，減少熱處理工藝時間，相應(yīng)提高了熱處理設(shè)備能力。
[0006]9Ni鋼通過淬火深冷處理方法（一種低溫鎳鋼的熱處理淬火深冷處理方法， CN201310291288. 8)，對9Ni鋼進(jìn)行淬火急冷和液氮深冷處理，并經(jīng)低溫回火，可大幅度提 高9Ni低溫鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度。
[0007] 隨著石油天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，9Ni鋼使用率得到顯著的增加，通過上述的熱處 理工藝，可以達(dá)到使用要求，但9Ni鋼的力學(xué)性能要求，尤其是低溫沖擊韌性富余量不大， 極大影響了 9Ni鋼在低溫使用的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：
[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)中9Ni鋼的低溫沖擊韌性不足，如何通過熱處理工藝改變組織形 態(tài)，即如何使逆變奧氏體在馬氏體板條晶間呈薄片狀析出，且分布均勻，進(jìn)而提高逆變奧氏 體的熱穩(wěn)定性，從而使晶界和基體韌化，顯著提高9Ni鋼低溫沖擊韌性。
[0010] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
[0011] 一種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，采用（a)淬火-兩相區(qū)亞溫淬火-回 火（QLT)的熱處理工藝，其中，830-850°C淬火，635-655°C亞溫淬火，560-600°C回火；或 (b)淬火-二次淬火-回火（QQT)的熱處理工藝，其中，830-850°C淬火，735-755°C二次淬 火，560-600°C回火；或（c)正火-二次正火-回火（NNT)的熱處理工藝，830-850°C正火， 735-755°C二次正火，560-600°C 回火。
[0012] 第一次淬火或正火溫度提高到830-850°C，使組織完全奧氏體化，雜質(zhì)及第二相粒 子回溶，細(xì)化奧氏體晶粒。
[0013] 第二次亞溫淬火溫度降低到635-655°C，在較低的Acl-Ac3溫度亞溫淬火，目的 是通過相變再結(jié)晶獲得細(xì)小的鐵素體和馬氏體組織；第二次淬火溫度降低到735-755°C， 在稍微高于Ac3溫度淬火，目的是為獲得更加細(xì)小的馬氏體組織；第二次正火溫度降低到 735-755°C，在稍微高于Ac3溫度正火，目的是為獲得板條馬氏體組織。
[0014] 回火溫度為560-600°C，使鋼得到以回火索氏體為主的組織，并通過馬氏體的逆轉(zhuǎn) 變使鋼中逆變奧氏體的數(shù)量增多，且逆轉(zhuǎn)奧氏體主要分布在板條馬氏體邊界，使組織更加 彌散、均勻分布；同時，使碳化物析出量較大，且細(xì)小彌散。
[0015] 其中，淬火加熱是在?；癄t中進(jìn)行，水冷過程中完成；正火加熱是在?；癄t中進(jìn) 行，空冷過程中完成；回火加熱是在回火爐中進(jìn)行，空冷過程中完成。
[0016] 本發(fā)明還提出一種采用以下熱處理工藝的9Ni鋼制制備方法；同時采用以上制備 方法制得的9Ni鋼。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過擴(kuò)大QLT、QQT、NNT中QL、QQ、NN的溫差，提高 第一次淬火或正火溫度到830-850°C，降低第二次亞溫淬火溫度到635-655°C、或降低第二 次淬火溫度到735-755°C、或降低第二次正火溫度到735-755°C，然后560-600°C回火，一方 面，逆變奧氏體在馬氏體板條晶間呈薄片狀析出，分布均勻；另一方面，由于逆變奧氏體富 Ni量更高，進(jìn)而提高逆變奧氏體的熱穩(wěn)定性，從而使晶界和基體韌化，可以顯著提高9Ni鋼 低溫沖擊韌性，同時不降低或者稍微降低強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 本實(shí)施例是一種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝的制造方法，采用淬 火-兩相區(qū)淬火-回火（QLT)工藝，830-850°C淬火、635-655°C亞溫淬火、560-600°C回火； 淬火加熱是在?；癄t中進(jìn)行，水冷過程中完成、回火加熱是在回火爐中進(jìn)行，空冷過程中完 成。本實(shí)施例所制造的9Ni鋼的屈服強(qiáng)度為590-630MPa、抗拉強(qiáng)度為680-720MPa、延伸率 為26. 0-30. 0%、沖擊功為200-230J。具體工藝對比如表1所示：
[0020] 表1擴(kuò)大QL溫差后的力學(xué)性能
[0021]
【主權(quán)項】
1. 一種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，采用淬火-兩相區(qū)亞溫淬火-回火的 熱處理工藝，其特征在于：所述淬火溫度為830-850°C，兩相區(qū)亞溫淬火溫度為635-655°C， 所述回火溫度為560-600 °C。
2. 如權(quán)利要求1所述的提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于： 第一次淬火提高到830-850°C，使組織完全奧氏體化，雜質(zhì)及第二相粒子回溶，細(xì)化奧 氏體晶粒； 第二次亞溫淬火溫度降低到635-655°C，在較低的Acl-Ac3溫度亞溫淬火，通過相變再 結(jié)晶獲得細(xì)小的鐵素體和馬氏體組織； 回火溫度為560-600°C，使鋼得到以回火索氏體為主的組織，并通過馬氏體的逆轉(zhuǎn)變使 鋼中逆變奧氏體的數(shù)量增多，且逆轉(zhuǎn)奧氏體主要分布在板條馬氏體邊界，使組織更加彌散、 均勻分布；同時，使碳化物析出量較大，且細(xì)小彌散。
3. -種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，采用淬火-二次淬火-回火的熱處理 工藝，其特征在于：所述淬火溫度為830-850 °C，所述二次淬火溫度為735-755°C，所述回火 溫度為 560-600 °C。
4. 如權(quán)利要求3所述的提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于： 第一次淬火溫度提高到830-850°C，使組織完全奧氏體化，雜質(zhì)及第二相粒子回溶，細(xì) 化奧氏體晶粒； 第二次淬火溫度降低到735-755°C，在稍微高于Ac3溫度淬火，獲得更加細(xì)小的馬氏體 組織； 回火溫度為560-600°C，使鋼得到以回火索氏體為主的組織，并通過馬氏體的逆轉(zhuǎn)變使 鋼中逆變奧氏體的數(shù)量增多，且逆轉(zhuǎn)奧氏體主要分布在板條馬氏體邊界，使組織更加彌散、 均勻分布；同時，使碳化物析出量較大，且細(xì)小彌散。
5. -種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，采用正火-二次正火-回火的熱處理 工藝，其特征在于：所述正火溫度為830-850°C，所述二次正火溫度為735-755°C，所述回火 溫度為 560-600 °C。
6. 如權(quán)利要求5所述的提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于： 第一次正火溫度提高到830-850°C，使組織完全奧氏體化，雜質(zhì)及第二相粒子回溶，細(xì) 化奧氏體晶粒； 第二次正火溫度降低到735-755°C，在稍微高于Ac3溫度正火，獲得板條馬氏體組織； 回火溫度為560-600°C，使鋼得到以回火索氏體為主的組織，并通過馬氏體的逆轉(zhuǎn)變使 鋼中逆變奧氏體的數(shù)量增多，且逆轉(zhuǎn)奧氏體主要分布在板條馬氏體邊界，使組織更加彌散、 均勻分布；同時，使碳化物析出量較大，且細(xì)小彌散。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其 特征在于：其中淬火加熱是在常化爐中進(jìn)行，水冷過程中完成；正火加熱是在?；癄t中進(jìn) 行，空冷過程中完成；回火加熱是在回火爐中進(jìn)行，空冷過程中完成。
8. 包括權(quán)利要求1-7中項中任一項所述熱處理工藝的9Ni鋼制制備方法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法制得的9Ni鋼。
【專利摘要】一種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，采用（a）淬火-兩相區(qū)亞溫淬火-回火（QLT）的熱處理工藝，其中，830-850℃淬火，635-655℃亞溫淬火，560-600℃回火；或（b）淬火-二次淬火-回火（QQT）的熱處理工藝，其中，830-850℃淬火，735-755℃二次淬火，560-600℃回火；或（c）正火-二次正火-回火（NNT）的熱處理工藝，830-850℃正火，735-755℃二次正火，560-600℃回火；得到優(yōu)異低溫沖擊韌性的9Ni鋼。本發(fā)明在較小程度降低9Ni鋼強(qiáng)度的同時，能大幅提高其低溫沖擊韌性，優(yōu)化9Ni鋼的力學(xué)性能，使其完全滿足大型LNG儲罐的性能需求。
【IPC分類】C21D1-18, C21D6-00, C21D1-28
【公開號】CN104745770
【申請?zhí)枴緾N201510128856
【發(fā)明人】胡鋒, 尹雨群, 檀傳淼, 孫超, 高江
【申請人】南京鋼鐵股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月23日