本發(fā)明涉及鋼強(qiáng)韌化處理工藝，特別涉及一種高鎳低碳系列鋼的強(qiáng)韌化處理工藝。

背景技術(shù)：

在常溫下，鋼鐵材料通常具有良好的強(qiáng)韌性，得到廣泛應(yīng)用。而在低于室溫時，隨著溫度降低，鋼鐵材料的韌性會急劇下降，甚至可能突發(fā)脆性斷裂，從而造成嚴(yán)重后果。鎳系低溫用鋼在一定程度上解決了這一問題，該系列鋼主要特點(diǎn)是低碳含量、高鎳含量、高純凈度、較高強(qiáng)度、較高低溫沖擊韌性、良好焊接性能，使用溫度最低可達(dá)-196℃，因而成為制造低溫壓力容器，如液態(tài)乙烯(-104℃)、液化天然氣(-163℃)、液氧(-183℃)、液氮(-196℃)儲罐的主要材料，隨著石化工業(yè)的發(fā)展，氣體的液化、分離、貯運(yùn)及應(yīng)用越來越廣泛，對低溫技術(shù)和設(shè)備的低溫性能與可靠性提出越來越高的要求，而傳統(tǒng)熱處理工藝很難顯著改善高鎳低碳系列鋼的低溫韌性，嚴(yán)重影響超低溫壓力容器的安全性，如中國專利“一種提高9Ni鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝”(申請公布號：CN104745770A)所涉及的鋼含鎳質(zhì)量百分比為Ni＝8.5～10％和“一種低溫鎳鋼的熱處理淬火深冷處理方法”(申請公布號：CN201310291288.8)對9Ni鋼進(jìn)行液氮深冷處理；因此，開發(fā)新的超低溫壓力容器用鋼的強(qiáng)韌化處理工藝顯得非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高鎳低碳系列鋼的強(qiáng)韌化處理工藝，能夠：(a)獲得組織細(xì)小、位向關(guān)系各異的板條馬氏體，有效阻礙裂紋擴(kuò)展，顯著提高超低溫壓力容器低溫韌性；(b)獲得馬氏體與逆轉(zhuǎn)奧氏體復(fù)合組織，進(jìn)一步改善低溫韌性；(c)通過引入深冷處理工藝，在提高低溫韌性同時保持了較高的強(qiáng)度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種高鎳低碳系列鋼的強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：將高鎳低碳系列鋼加熱到1050～1150℃保溫12～18小時，隨后冷卻至室溫，得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：兩相區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至650～700℃兩相區(qū)，保溫0.5～1小時，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織；

步驟三：單相區(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織重新加入至830～880℃單相區(qū)淬火，保溫0.5～1小時，之后油淬至室溫，得到工件；

步驟四：深冷處理：將步驟三得到的工件液氮冷卻至-196℃，保溫1～2小時，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟五：回火處理：將步驟四得到的均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行480～580℃回火處理，保溫3～5小時，空冷至室溫，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”復(fù)合組織。

所述的步驟一中的冷卻至室溫的方法為霧冷和油冷中的一種。

所述的步驟一中高鎳低碳系列鋼，其組成成分為：碳含量C<0.05％，鎳含量Ni＝5.5～10％，微量元素低于1％，余量為Fe，微量元素包括Mn、Mo、Si、Cr。

本發(fā)明的有益效果：

1、先進(jìn)行兩相區(qū)淬火(加熱溫度較低，見圖1)，得到位向關(guān)系完全不同的兩種馬氏體復(fù)合組織：“新生馬氏體+原始馬氏體”；再進(jìn)行單相區(qū)淬火(加熱溫度較高，見圖1步驟[3])，此時，兩種不同的馬氏體會阻礙奧氏體晶粒長大，最終得到組織細(xì)小、位向關(guān)系的板條馬氏體，有效阻礙裂紋擴(kuò)展，顯著提高超低溫壓力容器低溫韌性；

2、調(diào)控步驟五的回火溫度與時間，對逆轉(zhuǎn)變奧氏體及析出碳化物的含量進(jìn)行控制，以得到合適強(qiáng)韌性配合，滿足不同產(chǎn)品對性能的要求；

3、步驟一的加熱、保溫處理，能夠使碳、鎳等合金元素完全溶解于奧氏體并均勻化，調(diào)控Ni含量，以滿足不同壓力容器使用溫度，達(dá)到性能要求的同時，盡可能降低制造成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種高鎳低碳系列鋼的強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：將材料為6.5Ni高鎳低碳壓力容器鋼加熱到1150℃保溫12小時，隨后冷卻至室溫，得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：兩相區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至670℃兩相區(qū)，保溫0.5小時，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織；

步驟三：單相區(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織重新加入至840℃單相區(qū)淬火，保溫0.5小時，之后油淬至室溫，得到工件；

步驟四：深冷處理：將步驟三得到的工件液氮冷卻至-196℃，保溫2小時，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟五：回火處理：將步驟四得到的均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行530℃回火處理，保溫5小時，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”復(fù)合組織。

對實(shí)施例1工件的力學(xué)性能進(jìn)行測試，屈服強(qiáng)度為：675MPa、抗力強(qiáng)度為：745MPa、沖擊功(-196℃)為：117J。

實(shí)施例2

一種高鎳低碳系列鋼的強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：將9.5Ni高鎳低碳壓力容器鋼加熱到1100℃保溫16小時，隨后冷卻至室溫，得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：兩相區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至700℃兩相區(qū)，保溫1小時，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織；

步驟三：單相區(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織重新加入至850℃單相區(qū)淬火，保溫0.5小時，之后油淬至室溫，得到工件；

步驟四：深冷處理：將步驟三得到的工件液氮冷卻至-196℃，保溫1小時，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟五：回火處理：將步驟四得到的均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行580℃回火處理，保溫3小時，空冷至室溫，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”復(fù)合組織。

對實(shí)施案例工件的力學(xué)性能進(jìn)行測試，屈服強(qiáng)度為：650MPa、抗力強(qiáng)度為：715MPa、沖擊功(-196℃)為：160J。

實(shí)施例3

一種高鎳低碳系列鋼的強(qiáng)韌化處理工藝，其步驟為：

步驟一：將9.5Ni高鎳低碳壓力容器鋼加熱到1050℃保溫18小時，隨后冷卻至室溫，得到以馬氏體為主的組織；

步驟二：兩相區(qū)淬火：將步驟一中得到的以馬氏體為主的組織重新加熱至690℃兩相區(qū)，保溫40分鐘，之后立即油淬至室溫，得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織；

步驟三：單相區(qū)淬火：將步驟二中得到“新生馬氏體+原始馬氏體”復(fù)合組織重新加入至880℃單相區(qū)淬火，保溫1小時，之后油淬至室溫，得到工件；

步驟四：深冷處理：將步驟三得到的工件液氮冷卻至-196℃，保溫1.5小時，之后回溫至室溫，得到均勻細(xì)小的板條馬氏體組織；

步驟五：回火處理：將步驟四得到的均勻細(xì)小的板條馬氏體組織進(jìn)行480℃回火處理，保溫4小時，空冷至室溫，得到“細(xì)小板條馬氏體+逆轉(zhuǎn)奧氏體+少量碳化物”復(fù)合組織。

對實(shí)施案例工件的力學(xué)性能進(jìn)行測試，屈服強(qiáng)度為：680MPa、抗力強(qiáng)度為：730MPa、沖擊功(-196℃)為：160J。