一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，特征是：包括以下沖擊韌性的步驟：原材料的選擇：選用優(yōu)質(zhì)鋼35CrMoA或42CrMoA制成緊固件；根據(jù)緊固件的常溫力學(xué)性能和低溫沖擊韌性要求，確定緊固件零件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的硬度；緊固件熱處理工藝步驟：選用公稱直徑為公制和英制兩種單位制的緊固件；經(jīng)淬火加回火處理后完成沖擊韌性試驗(yàn)。本發(fā)明硬度范圍合理，對(duì)原材料的冶金質(zhì)量提出更高要求，淬火加熱溫度控制在臨界區(qū)域偏上附近，回火保溫時(shí)間充足；通過控制原材料的冶金質(zhì)量、合理的硬度匹配和熱處理工藝過程的控制，獲得滿足產(chǎn)品的機(jī)械性能，尤其是低溫（-101℃）沖擊性能。
【專利說明】一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在石油化工行業(yè)乙烯裝置低溫區(qū)域和液化天然氣(LNG)存貯、輸送裝置使用的低溫合金結(jié)構(gòu)鋼緊固件，尤其是一種在_70°C~_101°C環(huán)境下仍能滿足沖擊韌性的緊固件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來低溫緊固件被廣泛地應(yīng)用于許多重大石化工程項(xiàng)目。所謂低溫緊固件，主要是指:工作溫度低于_20°C、按國標(biāo)生產(chǎn)的35CrMoA-L螺柱(有-70°C、-80°C、-101°C沖擊韌性要求)及按ASME/ASTM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的A320Gr.L7螺柱(有-101°C沖擊韌性要求)，低溫下三個(gè)沖擊試樣的平均沖擊韌性AKV ^ 27J，允許其中一個(gè)試樣的沖擊韌性小于規(guī)定值，但不低于規(guī)定值的70%。此類壓力管道緊固件服役條件比較苛刻，既承受高壓，又處于低溫狀態(tài)。為了防止螺柱在低溫狀態(tài)下發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)瞬間斷裂失效，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)該類緊固件的材料及低溫沖擊性能等作了較嚴(yán)格的規(guī)定，用戶對(duì)此都極為重視，但要滿足其_101°C的低溫沖擊性能一直是緊固件行業(yè)中一道難以解決的問題。
[0003]材料的化學(xué)成份中碳含量及各種合金元素含量的高低直接影響到零件熱處理后的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，其中磷、硫等雜質(zhì)元素的含量影響到材料中夾雜物的數(shù)量和分布情況，同時(shí)若硫磷含量超標(biāo)，還會(huì)影響到材料在不同使用條件下的塑、韌性，尤其是磷含量太高會(huì)使材料產(chǎn)生冷脆性，而合金元素的加入，使鋼液的流動(dòng)性降低，鋼液在冷卻凝固過程中元素?cái)U(kuò)散不充分、雜質(zhì)沿晶間富集，氣體析出較困難，形成了鋼的低倍組織缺陷。鋼的低倍組織缺陷的種類很多，常見的有疏松、偏析、氣泡、夾雜、白點(diǎn)及塑性和脆性夾雜物等，嚴(yán)重的低倍組織缺陷同樣會(huì)降低鋼的塑性和韌性，所以在原材料采購時(shí)，對(duì)于用于制造低溫緊固件的原材料，必須嚴(yán)格控制 磷硫含量，并控制鋼的低倍組織缺陷，而材料的力學(xué)性能通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜傻玫礁纳?，?qiáng)度代表零件的承載能力，塑性是材料發(fā)生塑性變形的能力，沖擊韌性是材料抵抗沖擊載荷的能力，對(duì)于同一種鋼材而言，經(jīng)淬火、回火后，強(qiáng)度與塑性、韌性是此消彼長的，須確定一合理的硬度范圍以保證材料良好的強(qiáng)度與塑、韌性的匹配，此外熱處理后晶粒的大小與鋼的強(qiáng)度的高低、韌性的優(yōu)劣有著很大的關(guān)系，細(xì)化晶粒可以使鋼的強(qiáng)度和韌性同時(shí)得到改善，臨界區(qū)熱處理與普通熱處理相比，可以在不降低強(qiáng)度的情況下明顯提高韌性，所以在制訂熱處理工藝時(shí)，淬火加熱溫度選擇在臨界區(qū)域偏上附近，保溫時(shí)間充足但不可過長，以免造成淬火馬氏體組織粗大，同時(shí)回火保溫時(shí)間要足夠，使淬火內(nèi)應(yīng)力充分釋放，通過幾方面的合理配合，并經(jīng)第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和用戶的驗(yàn)證，低溫緊固件的-101 °c低溫沖擊韌性問題得到了完滿的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，通過控制原材料的冶金質(zhì)量、合理的硬度匹配和熱處理工藝過程的控制，獲得滿足產(chǎn)品的機(jī)械性能，尤其是低溫(-101°C )沖擊性能；達(dá)到提高材料的低溫沖擊性能的目的。[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，包括以下沖擊韌性的步驟:
[0006]1、原材料的選擇:緊固件選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼35CrMoA或42CrMoA材料制成，控制原材料的磷、硫和錳含量及鋼材的低倍組織缺陷；其余化學(xué)成分35CrMoA滿足GB/T3077的要求，42CrMoA滿足ASME/ASTM標(biāo)準(zhǔn)A320L7的要求。
[0007]2、根據(jù)緊固件的常溫力學(xué)性能和低溫沖擊韌性要求，確定零件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的硬度為HRC26~30。
[0008]3、緊固件熱處理工藝步驟:
[0009](I)、所述緊固件選用雙頭螺柱，公稱直徑為公制和英制兩種單位制；
[0010](2)、淬火加熱:淬火加熱采用階梯加熱，第一次加熱為30Kw的烘箱，加熱至300°C~400°C，第二次加熱用50Kw的中溫鹽浴爐，裝爐量≤50Kg，加熱至淬火溫度，淬火溫度為810°C~870°C，淬火保溫時(shí)間15~40分鐘，具體保溫時(shí)間按照雙頭螺柱坯料截面直徑每毫米約I分鐘計(jì)算；
[0011](3)、冷卻:用10#或20#機(jī)械油或用鹽水溶液對(duì)雙頭螺柱進(jìn)行冷卻，鹽水溶液中含有質(zhì)量百分比濃度為6%~10%的氯化鈉；冷卻介質(zhì)溫度:鹽水≤40°C，油≤800C ；
[0012](4)、回火:回火采用35Kw的井式爐，裝爐量≤120Kg，加熱至回火溫度，回火溫度為590°C~670°C，保溫時(shí)間90~120分鐘，在室溫下進(jìn)行冷卻。
[0013]所述35CrMoA或42CrMoA的磷含量控制在質(zhì)量百分比濃度0.012%以下；硫含量控制在質(zhì)量百分比濃度0.006%以下。
[0014]所述42CrMoA的錳含量質(zhì)量百分比濃度為0.65%~0.80%。
[0015]所述35CrMoA或42CrMoA的低倍組織缺陷一般疏松和方形偏析0.5級(jí)以下，中心疏松1.0級(jí)以下，塑性和脆性夾雜物分別不大于2.5級(jí)，兩者之和不大于4.5級(jí)。
[0016]所述熱處理后的洛氏硬度為:HRC26~30 ;沖擊韌性試驗(yàn)溫度為:_101°C。
[0017]所述緊固件選用雙頭螺柱螺紋直徑規(guī)格為公制M16-M39和英制0.625”-1.75”。
[0018]本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]本發(fā)明硬度范圍合理，對(duì)原材料的冶金質(zhì)量提出更高要求，尤其是對(duì)微量元素的含量和夾雜物的等級(jí)，淬火加熱溫度控制在臨界區(qū)域偏上附近，淬火保溫時(shí)間恰當(dāng)(過短，游離鐵素體溶解不充分，過長，將導(dǎo)致晶粒粗大)，回火保溫時(shí)間充足。
[0020]通過控制原材料的冶金質(zhì)量、合理的硬度匹配和熱處理工藝過程的控制，獲得滿足產(chǎn)品的機(jī)械性能，尤其是低溫(-1OitO沖擊性能。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1:
[0022]本發(fā)明一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，包括以下沖擊韌性的步驟:
[0023]1、原材料的選擇:
[0024]緊固件雙頭螺柱原材料篩選寶鋼和無錫興澄鋼廠的35CrMoA材料制成，磷和硫的含量分別小于質(zhì)量百分比濃度0.012%和0.006% ;低倍缺陷一般疏松和方形偏析均為0.5級(jí)，中心疏松為0.5~1.0級(jí)，塑、脆性夾雜物1.5~2.0級(jí)，兩者之和小于4.5級(jí)，按訂單要求下料，隨爐試樣長度大于等于180mm。[0025]控制原材料的磷和硫的含量及鋼材的低倍組織缺陷；其余化學(xué)成分符合GB/T3077標(biāo)準(zhǔn)的要求；
[0026]2、根據(jù)緊固件雙頭螺柱的常溫力學(xué)性能和低溫沖擊韌性要求，確定零件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的硬度為HRC26~30 ；
[0027]3、緊固件雙頭螺柱熱處理工藝步驟:
[0028](I)、選用公稱直徑為公制和英制兩種單位制雙頭螺柱；
[0029](2)、淬火加熱:淬火加熱采用階梯加熱，第一次加熱為30Kw的烘箱，加熱至300°C~400°C，第二次加熱用50Kw的中溫鹽浴爐，裝爐量≤50Kg，公稱直徑≤M22或7/8”的，淬火溫度:850°C~870°C，公稱直徑≥M24或I”的淬火溫度830°C~850°C，淬火保溫時(shí)間15~40分鐘，保溫時(shí)間按螺柱坯料截面直徑每毫米約I分鐘計(jì)算；
[0030](3)、冷卻:用10#或20#機(jī)械油或用鹽水溶液進(jìn)行冷卻，鹽水溶液中含有質(zhì)量百分比濃度為6%~10%的氯化鈉；冷卻介質(zhì)溫度:鹽水≤40°C，油≤800C ；
[0031](4)、回火:回 火采用35Kw的井式爐，裝爐量≤120Kg，加熱至回火溫度，回火溫度為590°C~650°C，保溫時(shí)間90~120分鐘，在室溫下進(jìn)行冷卻。實(shí)施例1中35CrMoA制成的雙頭螺柱見表一。
[0032]表一
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，其特征是:包括以下沖擊韌性的步驟: (1)、原材料的選擇:緊固件選用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼35CrMoA和42CrMoA制成，控制原材料的磷、硫和錳含量及鋼材的低倍組織缺陷；其余化學(xué)成分35CrMoA滿足GB/T 3077的要求，42CrMoA 滿足 ASME/ASTM 標(biāo)準(zhǔn) A 320 L7 的要求； (2)、根據(jù)緊固件的常溫力學(xué)性能和低溫沖擊韌性要求，確定緊固件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的硬度為HRC26~30 ； (3)、緊固件熱處理工藝步驟: U)、所述緊固件選用雙頭螺柱，公稱直徑為公制和英制兩種單位制； (b)、淬火加熱:淬火加熱采用階梯加熱，第一次加熱為30Kw的烘箱，加熱至3000C~400°C，第二次加熱用50Kw的中溫鹽浴爐，裝爐量≤50Kg，加熱至淬火溫度，淬火溫度為810V ~870°C，淬火保溫時(shí)間15~40分鐘，具體保溫時(shí)間按照緊固件雙頭螺柱坯料截面直徑每毫米約I分鐘計(jì)算； (C)、冷卻:用10#或20#機(jī)械油或用鹽水溶液對(duì)緊固件雙頭螺柱進(jìn)行冷卻，鹽水溶液中含有質(zhì)量百分比濃度為69TlO%的氯化鈉；冷卻介質(zhì)溫度:鹽水≤40°C，油≤800C ； (d)、回火:回火采用35Kw的井式爐，裝爐量< 120Kg，加熱至回火溫度，回火溫度5900C " 670°C，保溫時(shí)間90~120分鐘，在室溫下進(jìn)行冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，其特征是:所述原材料35CrMoA和42CrMoA的磷含量控制在質(zhì)量百分比濃度0.012%以下；硫含量控制在質(zhì)量百分比濃度0.006%以下。
3.如權(quán)利要求1所述的一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，其特征是:所述原材料42CrMoA的錳含量質(zhì)量百分比濃度為0.65%~θ.80%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，其特征是:所述原材料35CrMoA和42CrMoA的低倍組織缺陷一般疏松和方形偏析0.5級(jí)以下，中心疏松1.0級(jí)以下，塑性和脆性夾雜物分別不大于2.5級(jí)，兩者之和不大于4.5級(jí)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種保證低溫緊固件沖擊韌性的方法，其特征是:所述緊固件雙頭螺柱熱處理后的洛氏硬度為:HRC26~30 ;沖擊韌性試驗(yàn)溫度為:_101°C。
【文檔編號(hào)】C21D9/00GK103526004SQ201310495706
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】周德軍, 黃月華 申請(qǐng)人:無錫市德力流體科技有限公司