一種提高1Ni9低溫鋼沖擊韌性的方法與流程

本發(fā)明涉及材料熱處理及深冷處理領(lǐng)域。更具體地，涉及一種提高1Ni9低溫鋼沖擊韌性的方法。

背景技術(shù)：

隨著低溫技術(shù)在各個行業(yè)的不斷應(yīng)用，對于低溫鋼的需求不斷增加。例如，液化天然氣(LNG)作為一種清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例越來越大，因此，對LNG儲罐用低溫結(jié)構(gòu)材料的需求壓力與日俱增。1Ni9是一種含鎳8.5％～9.5％的低碳馬氏體型低溫用鋼，其在低溫下具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌性、良好的焊接性能，在-196℃以上無韌-脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，熱處理后-196℃條件下的沖擊功能達(dá)到200J以上，因此廣泛應(yīng)用于液化天然氣、液氧、液氮等儲罐用鋼。

由于LNG儲罐和LNG船向大型化方向發(fā)展，同時為了減少焊縫和提高安全系數(shù)，要求1Ni9鋼鋼板規(guī)格向更厚、更寬的方向發(fā)展，在保證強(qiáng)度的前提下，要求低溫韌性越高越好。此外，風(fēng)機(jī)被廣泛用于冶金、石化、醫(yī)藥、通風(fēng)引風(fēng)等領(lǐng)域，是上述領(lǐng)域的動力來源和心臟。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，極低溫等極限工況對風(fēng)機(jī)的選材提出了更高的要求，大型低溫風(fēng)機(jī)的不斷發(fā)展也對1Ni9低溫鋼的性能提出了更高的要求。

因此，需要提供一種有效提高1Ni9低溫鋼沖擊韌性的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種將深冷處理工藝與QLT熱處理相結(jié)合處理1Ni9低溫鋼的方法，該方法能有效提高1Ni9低溫鋼沖擊韌性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種提高1Ni9低溫鋼沖擊韌性的方法，包括以下步驟：將淬火和兩相區(qū)淬火后的1Ni9低溫鋼進(jìn)行深冷處理，然后進(jìn)行常規(guī)的回火處理；其中，所述深冷處理為以1-5℃/min(例如為：1，2，3，4或5℃/min)的降溫速率降至-140℃～-196℃(例如為：-140，-150，-160，-170，-180，-190或-196℃)，保溫24小時以上，保溫結(jié)束后以1-5℃/min(例如為：1，2，3，4或5℃/min)的升溫速率將1Ni9低溫鋼升至室溫。

進(jìn)一步，所述淬火(Q)的溫度為780-800℃，保溫時間為80-100min，冷卻方式為水淬；優(yōu)選的，所述淬火(Q)的溫度為790℃，保溫時間為90min；

所述兩相區(qū)淬火(L)溫度為660-680℃，保溫時間為80-100min min，冷卻方式為水淬；優(yōu)選的，兩相區(qū)淬火(L)溫度為670℃，保溫時間為90min；

所述常規(guī)回火(T)溫度為560-580℃，保溫時間為2.5-3.5h，冷卻方式為空冷；優(yōu)選的，所述常規(guī)回火(T)溫度為570℃，保溫時間為3h；

所述深冷處理在兩相區(qū)淬火(L)后一小時內(nèi)進(jìn)行。

本發(fā)明采用了深冷處理與新型QLT熱處理工藝相結(jié)合的工藝處理方法，通過選擇適當(dāng)?shù)纳罾涮幚頊囟?、保溫時間、升降溫速率等工藝參數(shù)來促使1Ni9微觀組織中的逆轉(zhuǎn)奧氏體形態(tài)及含量發(fā)生轉(zhuǎn)變來實現(xiàn)沖擊韌性的提高。

另外注意的是，如果沒有特別說明，本發(fā)明所記載的任何范圍包括端值以及端值之間的任何數(shù)值以及以端值或者端值之間的任意數(shù)值所構(gòu)成的任意子范圍。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明將深冷處理與兩相區(qū)淬火相結(jié)合，實現(xiàn)了對逆轉(zhuǎn)奧氏體的形態(tài)和含量的影響。兩相區(qū)淬火后1Ni9微觀組織中含有少量的殘余奧氏體，此時進(jìn)行-140℃～-196℃的深冷處理能夠促使這部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而避免了回火過程中這部分殘余奧氏體直接形核長大形成大塊的不穩(wěn)定的逆轉(zhuǎn)奧氏體。此外，由于低溫下晶格結(jié)構(gòu)的收縮以及殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，必然在組織中引起較高的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的提升為回火過程中原子的擴(kuò)散提供了更多的動能，從而使得回火后形成了更加穩(wěn)定的條狀逆轉(zhuǎn)奧氏體。兩相區(qū)淬火通過使逆轉(zhuǎn)奧氏體由塊狀轉(zhuǎn)變?yōu)闂l狀提高其穩(wěn)定性，從而提高1Ni9的室溫沖擊韌性，此外，通過提高組織中逆轉(zhuǎn)奧氏體的含量來提高1Ni9的低溫沖擊韌性。同時增加深冷處理對材料的強(qiáng)度、塑性沒有明顯的影響，同時還能提高1Ni9的尺寸穩(wěn)定性，另外，深冷處理實現(xiàn)較為容易、低成本、無污染，因此本發(fā)明方法具有廣泛的應(yīng)用價值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為提高1Ni9沖擊韌性的處理工藝示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

將1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的試樣數(shù)件，將試樣進(jìn)行淬火處理，淬火工藝：790℃×90min，水淬。

對淬火后的試樣進(jìn)行雙相區(qū)淬火：670℃×90min，水淬。

將雙相區(qū)淬火后的試樣置于深冷箱中，以1℃/min的速率降至-140℃保溫24小時，然后以1℃/min的速率升至室溫。

對試樣進(jìn)行回火處理：570℃×3h，空冷。

實施例2

將1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的試樣數(shù)件，將試樣進(jìn)行淬火處理，淬火工藝：790℃×90min，水淬。

對淬火后的試樣進(jìn)行雙相區(qū)淬火：670℃×90min，水淬。

將雙相區(qū)淬火后的試樣置于深冷箱中，以1℃/min的速率降至-196℃保溫24小時，然后以1℃/min的速率升至室溫。

對試樣進(jìn)行回火處理：570℃×3h，空冷。

實施例3

將1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的試樣數(shù)件，將試樣進(jìn)行淬火處理，淬火工藝：780℃×80min，水淬。

對淬火后的試樣進(jìn)行雙相區(qū)淬火：660℃×80min，水淬。

將雙相區(qū)淬火后的試樣置于深冷箱中，以5℃/min的速率降至-196℃保溫24小時，然后以5℃/min的速率升至室溫。

對試樣進(jìn)行回火處理：560℃×2.5h，空冷。

實施例4

將1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的試樣數(shù)件，將試樣進(jìn)行淬火處理，淬火工藝：800℃×100min，水淬。

對淬火后的試樣進(jìn)行雙相區(qū)淬火：680℃×100min，水淬。

將雙相區(qū)淬火后的試樣置于深冷箱中，以3℃/min的速率降至-170℃保溫36小時，然后以5℃/min的速率升至室溫。

對試樣進(jìn)行回火處理：580℃×3.5h，空冷。

對比例1

將1Ni9材料加工成Φ13×65mm和10.5×10.5×55mm的試樣數(shù)件，將試樣進(jìn)行淬火處理，淬火工藝：790℃×90min，水淬。

對淬火后的試樣進(jìn)行雙相區(qū)淬火：670℃×90min，水淬。

對試樣進(jìn)行回火處理：570℃×3h，空冷。

即與實施例1相比，不進(jìn)行深冷處理。

試驗例1

對實施例1、2和對比例1處理后的試樣按照GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》和GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》要求進(jìn)行加工并檢測拉伸性能和沖擊韌性，結(jié)果如表1所示。

表1 1Ni9材料室溫拉伸性能和沖擊韌性測試結(jié)果

如表1所示，經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后，1Ni9材料的室溫沖擊韌性均比未經(jīng)過深冷處理的高，其中實施例1處理后沖擊韌性提高了23J，同時不對強(qiáng)度和塑性產(chǎn)生明顯的影響，說明本發(fā)明的工藝處理方法能夠提高1Ni9的室溫沖擊韌性。

試驗例2

對處理后的試樣按照GB/T 4159-1984《金屬低溫夏比沖擊試驗方法》要求檢測-110℃和-196℃下的沖擊功。結(jié)果如表2所示。

表2 1Ni9材料低溫沖擊韌性測試結(jié)果

如表2所示，經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后，1Ni9材料的低溫沖擊韌性均比增加深冷處理的材料高，說明本發(fā)明的工藝方法能夠提高1Ni9材料的低溫沖擊韌性，從而更有利于其在低溫環(huán)境下的應(yīng)用。

試驗例3深冷處理工藝參數(shù)的選擇

將淬火和雙相區(qū)淬火后的試樣(試樣及工藝同實施例1)，按照表3的處理方式對上述試樣進(jìn)行深冷處理，每個工藝設(shè)置三次重復(fù)，對處理后的試樣按照GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》和GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》要求進(jìn)行加工并檢測拉伸性能和沖擊韌性，結(jié)果見表4(每一工藝對應(yīng)的結(jié)果均為該工藝處理后的三個試樣結(jié)果平均值)。

表3 1Ni9深冷處理工藝及編號

表4不同工藝處理后1Ni9的拉伸及沖擊性能結(jié)果

如表4所示，可以看出1Ni9低溫鋼經(jīng)過淬火和兩相區(qū)淬火后進(jìn)行以1-5℃/min的降溫速率降至-140℃～-196℃，保溫24小時以上，然后以1-5℃/min的升溫速率升至室溫的深冷處理時，比以其他條件的深冷處理的沖擊韌性高，同時不對強(qiáng)度和塑性產(chǎn)生明顯的影響，說明本發(fā)明的工藝參數(shù)，即以1-5℃/min的降溫速率降至-140℃～-196℃，保溫24小時以上，保溫結(jié)束后以1-5℃/min的升溫速率升至室溫的深冷處理方法能有效提高1Ni9的室溫沖擊韌性。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。