[发明专利]一种提高40CrNiMoA材料低温冲击韧性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及深冷处理及热处理的技术领域，具体涉及一种提高40CrNiMoA材料低温冲击韧性的方法。

背景技术

40CrNiMoA钢具有较高的强度和韧性，淬透性也很好，广泛应用于石油化工、石油钻采装备、海洋石油钻井平台及截面和载荷较大的重要零件等。为了充分发挥其综合力学性能，均在调质状态下使用。由于石油钻采装备的服役条件十分恶劣，其中许多是在严寒环境中工作，对于材料的低温冲击性能有一定的要求。另一方面，材料的低温冲击性能也是结构设计时的重要依据。金属材料的低温力学行为对装备的服役及安全性有重要影响，而40CrNiMoA材料的低温冲击韧性方面的数据比较缺乏，特别是-60℃以下温度的冲击韧性未见报道，从而给40CrNiMoA材料的实际设计与应用带来了不利影响。

随着我国工业技术的不断发展及使用条件的苛刻，对材料40CrNiMoA的低温韧性提出了更高的要求。本发明拟通过深冷及低温回火处理工艺提高40CrNiMoA材料的低温冲击韧性，提高其服役性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高40CrNiMoA材料低温冲击韧性的方法，采用了深冷处理与低温回火相结合的工艺，具体技术方案如下：

一种提高40CrNiMoA材料低温冲击韧性的方法，包括以下步骤：将经过真空油淬与真空高温回火的40CrNiMoA材料以2~3℃/min的速率降温至-80℃~-85℃，并保温0.5h~1h，保温结束后继续以2~3℃/min的速率降温至-180℃~-185℃，并保温2h~3h；最后进行低温回火。

进一步地，所述低温回火为加热至160~170℃。

再进一步地，加热至160~170℃后，保温1~2小时。

优选地，所述低温回火升温过程采用2~3℃/min的控温速率。

优选地，所述低温回火后随炉冷却。

本发明采用了深冷处理与低温回火相结合的工艺处理方法。深冷处理，通常指处理温度为-100℃～-196℃的冷处理，它将被处理工件置于特定和可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生变化，在宏观上表现为材料的耐磨性、尺寸稳定性、抗拉强度、残余应力、韧性等方面的提高与改善。本发明所述的深冷处理与低温回火相结合的工艺，其优势在于降温和升温过程中速率全程可控，工件温度变化均匀，防止了工件不同部位温度不一的现象，减小了工件内部残余应力。

通过对材料40CrNiMoA的微观组织结构分析可知，通过深冷处理及低温回火后，材料在晶粒的内部及晶界析出了数量较多，弥散分布的细小碳化物颗粒，这主要是由于材料在深冷处理过程中，残余奥氏体向马氏体转变的相变驱动力增大，导致基体体积收缩，导致铁基体的点阵常数减小。这一方面会在基体中产生很大的微观内应力以及微变形，使晶体缺陷显著增加；另一方面使过饱和碳引发的点阵畸变增大，导致析出碳化物的热力学驱动力增大。因此在随后向室温回升及后续的低温回火的过程中，碳原子的扩散能力增强，导致在晶体缺陷处析出与基体共格的细小碳化物。此外，通过深冷处理及后续的低温回火，降低了材料在真空油淬、真空高温回火过程中产生的残余应力。

40CrNiMoA材料经过本发明的方法处理后，材料的低温冲击韧性较未经过深冷及低温回火处理的材料有较大的提高，因此在一定程度上提高了材料在低温下的服役时间，延长了使用寿命。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将经过真空油淬与真空高温回火后的40CrNiMoA材料，以2℃/min的速率降温至-80℃，保温0.5h；

然后继续以2℃/min的速率降温至-180℃，保温3h；随后将该40CrNiMoA材料以2℃/min的加热速率加热至160℃，保温2h;低温回火工艺结束后随炉冷却。

对处理后的40CrNiMoA材料进行不同温度下的低温冲击性能测试，所用测试方法采用国家标准GB/T 229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》，测试结果如表1所示。

实施例2

将经过真空油淬与真空高温回火后的40CrNiMoA材料（材料同实施例1）以3℃/min的速率降温至-85℃，保温1h；然后继续以3℃/min的速率降温至-180℃，保温2h；随后将该40CrNiMoA材料以3℃/min的加热速率加热至170℃，保温2h；低温回火工艺结束后随炉冷却。