CN104745770A - 一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用（a）淬火-两相区亚温淬火-回火（QLT）的热处理工艺，其中，830-850℃淬火，635-655℃亚温淬火，560-600℃回火；或（b）淬火-二次淬火-回火（QQT）的热处理工艺，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）的热处理工艺，830-850℃正火，735-755℃二次正火，560-600℃回火；得到优异低温冲击韧性的9Ni钢。本发明在较小程度降低9Ni钢强度的同时，能大幅提高其低温冲击韧性，优化9Ni钢的力学性能，使其完全满足大型LNG储罐的性能需求。
Description
技术领域
本发明属于低温合金结构钢热处理技术领域，具体的说是一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺。
背景技术
9Ni钢首先由美国国际镍公司的产品研究实验室研制成功，合金元素Ni含量在8.50-10.00wt％之间，是一种低碳调质钢。9Ni钢作为唯一可在-196℃低温条件下服役的铁素体型用钢，具有较高的屈服强度和抗拉强度、优良的低温韧性、良好的可焊性。9Ni钢是用于制造大型LNG储罐建造以及相关行业中的关键材料，具有巨大的市场优势。
9Ni钢必须采用适当的热处理工艺，才可以较大程度的提高其在-196℃的低温韧性。深入研究9Ni钢的热处理工艺，通过优化工艺参数，摸清热处理工艺参数和9Ni钢低温韧性的关系，对9Ni钢的应用及其发展有着重要的意义。
对现有的文献(超低温用9Ni钢厚板生产工艺的开发，东北大学硕士论文，2008、热处理工艺对LNG用高Ni低温钢韧性的影响，鞍钢技术，2011、热处理工艺对高强度含铜9Ni钢组织和性能的影响，钢铁，2011、等)和专利(一种镍系低温压力容器用钢及其制造方法，CN201010501611.6、一种镍系低温压力容器用钢及其制造方法，CN201010501611.6、等)检索，9Ni钢热处理工艺有淬火-回火(QT)、淬火-两相区淬火-回火(QLT)、淬火-淬火-回火(QQT)、正火-正火-回火(NNT)；其中，其报道的最佳热处理工艺温度参数是：QT为800-820℃淬火、560-580℃回火；QLT为800-820℃淬火、660-680℃亚温淬火、560-580℃回火；QQT为800-820℃淬火、760-780℃二次淬火、560-580℃回火；NNT为800-820℃正火、760-790℃二次正火、560-580℃回火。
相关文献(9Ni钢在线热处理工艺开发，太原科技大学学报，2008、超快冷终冷温度对重加热后9Ni钢低温韧性的影响，新技术新工艺，2010、等)和专利(生产9Ni钢的在线热处理方法，CN201310006170.6、一种低碳9Ni钢厚板的制造方法，CN200810010125.7、等)报道了9Ni钢的在线热处理，经过该方法热处理后的9Ni钢具有改善强度和韧性等优点。在线热处理是钢板热轧后直接进入热处理设备，省去了常规工艺所需的钢板冷却、重新加热过程，可以节省大量的能源，减少热处理工艺时间，相应提高了热处理设备能力。
9Ni钢通过淬火深冷处理方法(一种低温镍钢的热处理淬火深冷处理方法，CN201310291288.8)，对9Ni钢进行淬火急冷和液氮深冷处理，并经低温回火，可大幅度提高9Ni低温钢的强度、韧性和硬度。
随着石油天然气工业的快速发展，9Ni钢使用率得到显著的增加，通过上述的热处理工艺，可以达到使用要求，但9Ni钢的力学性能要求，尤其是低温冲击韧性富余量不大，极大影响了9Ni钢在低温使用的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
针对现有技术中9Ni钢的低温冲击韧性不足，如何通过热处理工艺改变组织形态，即如何使逆变奥氏体在马氏体板条晶间呈薄片状析出，且分布均匀，进而提高逆变奥氏体的热稳定性，从而使晶界和基体韧化，显著提高9Ni钢低温冲击韧性。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用(a)淬火-两相区亚温淬火-回火(QLT)的热处理工艺，其中，830-850℃淬火，635-655℃亚温淬火，560-600℃回火；或(b)淬火-二次淬火-回火(QQT)的热处理工艺，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)的热处理工艺，830-850℃正火，735-755℃二次正火，560-600℃回火。
第一次淬火或正火温度提高到830-850℃，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细化奥氏体晶粒。
第二次亚温淬火温度降低到635-655℃，在较低的Ac1-Ac3温度亚温淬火，目的是通过相变再结晶获得细小的铁素体和马氏体组织；第二次淬火温度降低到735-755℃，在稍微高于Ac3温度淬火，目的是为获得更加细小的马氏体组织；第二次正火温度降低到735-755℃，在稍微高于Ac3温度正火，目的是为获得板条马氏体组织。
回火温度为560-600℃，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
其中，淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；正火加热是在常化炉中进行，空冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。
本发明还提出一种采用以下热处理工艺的9Ni钢制制备方法；同时采用以上制备方法制得的9Ni钢。
本发明的有益效果是：本发明通过扩大QLT、QQT、NNT中QL、QQ、NN的温差，提高第一次淬火或正火温度到830-850℃，降低第二次亚温淬火温度到635-655℃、或降低第二次淬火温度到735-755℃、或降低第二次正火温度到735-755℃，然后560-600℃回火，一方面，逆变奥氏体在马氏体板条晶间呈薄片状析出，分布均匀；另一方面，由于逆变奥氏体富Ni量更高，进而提高逆变奥氏体的热稳定性，从而使晶界和基体韧化，可以显著提高9Ni钢低温冲击韧性，同时不降低或者稍微降低强度。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺的制造方法，采用淬火-两相区淬火-回火(QLT)工艺，830-850℃淬火、635-655℃亚温淬火、560-600℃回火；淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成、回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。本实施例所制造的9Ni钢的屈服强度为590-630MPa、抗拉强度为680-720MPa、延伸率为26.0-30.0％、冲击功为200-230J。具体工艺对比如表1所示：
表1扩大QL温差后的力学性能
实施例2
本实施例是一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺的制造方法，采用淬火-淬火-回火(QQT)工艺，830-850℃淬火、735-755℃二次淬、560-600℃回火；淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成、回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。本实施例所制造的9Ni钢的屈服强度为670-710MPa、抗拉强度为700-740MPa、延伸率为21.0-25.0％、冲击功为180-210J。具体工艺对比如表2所示：
表2扩大QQ温差后的力学性能
实施例3
本实施例是一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺的制造方法，采用正火-正火-回火(NNT)工艺，830-850℃正火、735-755℃二次正火、560-600℃回火；正火加热是在常化炉中进行，空冷过程中完成、回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。本实施例所制造的9Ni钢的屈服强度为640-680MPa、抗拉强度为670-710MPa、延伸率为20.0-24.0％、冲击功为150-180J。具体工艺对比如表3所示：
表3扩大NN温差后的力学性能
由于采用上述技术方案，本具体实施方式制造的9Ni钢，通过扩大QLT、QQT、NNT中QL、QQ、NN的温差，即提高第一次淬火或正火温度到830-850℃，降低亚温淬火温度到635-655℃、或降低第二次淬火温度到735-755℃、或降低第二次正火温度到735-735℃，然后560-600℃回火，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使钢中形成逆变奥氏体，一方面，逆变奥氏体在马氏体板条晶间呈薄片状析出，分布均匀；另一方面，由于其富Ni量更高，进而提高逆变奥氏体的热稳定性，从而使晶界和基体韧化，可以显著提高低温冲击韧性，同时不降低或者稍微降低强度。可以作为制造大型LNG储罐建造以及相关行业中的关键材料。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用淬火-两相区亚温淬火-回火的热处理工艺，其特征在于：所述淬火温度为830-850℃，两相区亚温淬火温度为635-655℃，所述回火温度为560-600℃。
2.如权利要求1所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于：
第一次淬火提高到830-850℃，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细化奥氏体晶粒；
第二次亚温淬火温度降低到635-655℃，在较低的Ac1-Ac3温度亚温淬火，通过相变再结晶获得细小的铁素体和马氏体组织；
回火温度为560-600℃，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
3.一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用淬火-二次淬火-回火的热处理工艺，其特征在于：所述淬火温度为830-850℃，所述二次淬火温度为735-755℃，所述回火温度为560-600℃。
4.如权利要求3所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于：
第一次淬火温度提高到830-850℃，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细化奥氏体晶粒；
第二次淬火温度降低到735-755℃，在稍微高于Ac3温度淬火，获得更加细小的马氏体组织；
回火温度为560-600℃，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
5.一种提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，采用正火-二次正火-回火的热处理工艺，其特征在于：所述正火温度为830-850℃，所述二次正火温度为735-755℃，所述回火温度为560-600℃。
6.如权利要求5所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于：
第一次正火温度提高到830-850℃，使组织完全奥氏体化，杂质及第二相粒子回溶，细化奥氏体晶粒；
第二次正火温度降低到735-755℃，在稍微高于Ac3温度正火，获得板条马氏体组织；
回火温度为560-600℃，使钢得到以回火索氏体为主的组织，并通过马氏体的逆转变使钢中逆变奥氏体的数量增多，且逆转奥氏体主要分布在板条马氏体边界，使组织更加弥散、均匀分布；同时，使碳化物析出量较大，且细小弥散。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的提高9Ni钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于：其中淬火加热是在常化炉中进行，水冷过程中完成；正火加热是在常化炉中进行，空冷过程中完成；回火加热是在回火炉中进行，空冷过程中完成。
8.包括权利要求1-7中项中任一项所述热处理工艺的9Ni钢制制备方法。
9.根据权利要求8所述的制备方法制得的9Ni钢。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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